專利名稱：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置，特別涉及把用太陽電池發(fā)電的直流電力升壓以后使用逆變電路變換為交流電力的太陽能發(fā)電裝置。
近年來，把使用逆變電路等使得從太陽電池輸出的直流電力變換為與商用電力相同的交流電力的太陽能發(fā)電裝置與商用電力網(wǎng)連接起來，向家電產(chǎn)品等負(fù)荷進(jìn)行供電的電網(wǎng)連接系統(tǒng)正在引起人們的注目。
在適用于這樣的電網(wǎng)連接系統(tǒng)中的現(xiàn)有的太陽能發(fā)電裝置中，有通過升壓斬波電路等升壓電路把從太陽電池輸出的直流電力的電壓升壓以后，使用逆變電路把該被升壓了的直流電力變換為交流電力的裝置。這時(shí)，在上述現(xiàn)有的太陽能發(fā)電裝置中，控制升壓電路中的升壓率使得升壓后的電壓值成為恒定值。
然而，在上述現(xiàn)有的太陽能發(fā)電裝置中，如上述那樣由于控制升壓電路的升壓率使得升壓后的電壓值成為恒定值，所以存在著在太陽電池的發(fā)電電力低的情況下太陽電池的動(dòng)作電壓成為不穩(wěn)定這樣的問題。
下面更詳細(xì)地說明這一點(diǎn)。
在現(xiàn)有的太陽能發(fā)電裝置中，由于控制升壓電路的升壓率使得升壓后的電壓值成為恒定值，所以在太陽電池的輸出電壓小的情況下，必須加大升壓電路升壓率。
另一方面，太陽電池的輸出電壓-輸出電流特性由于用圖6所示那樣的曲線所表示，所以如果升壓電路的升壓率加大，流過的電流加大，則太陽電池的動(dòng)作電壓移動(dòng)到減小的方向(圖6左方向)，進(jìn)而降低太陽電池的動(dòng)作電壓。
本發(fā)明是為解決上述問題點(diǎn)而產(chǎn)生的，目的在于提供使用了能夠使太陽電池始終以最佳狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)作的太陽能發(fā)電的電源裝置。
為達(dá)到上述目的，方案1的電源裝置具有太陽電池，把從上述太陽電池輸出的直流電力的電壓升壓為被設(shè)定的目標(biāo)電壓的升壓裝置，把由上述升壓裝置升壓了的直流電力變換為交流電力并進(jìn)行輸出的電力變換裝置，根據(jù)從上述電力變換裝置輸出的交流電力設(shè)定上述升壓裝置的目標(biāo)電壓的控制裝置。
如果依據(jù)方案1的電源裝置，則使用升壓裝置，能把從太陽電池輸出的直流電力的電壓升壓為所設(shè)定的目標(biāo)電壓，使用電力變換裝置，能把由上述升壓裝置升壓了的直流電力變換為交流電力并且進(jìn)行輸出。
這時(shí)，使用控制裝置根據(jù)從電力變換裝置輸出的交流電力設(shè)定上述升壓裝置的目標(biāo)電壓。
這樣，如果依據(jù)方案1的電源裝置，則由于根據(jù)從電力變換裝置輸出的交流電力設(shè)定升壓裝置的目標(biāo)電壓，所以可以不把升壓裝置的升壓率設(shè)定為大于所需要的值，能夠使太陽能發(fā)電始終穩(wěn)定地動(dòng)作，同時(shí)，不必要把升壓裝置的輸出電壓設(shè)定為高于所需要的值，因此能夠預(yù)先防止裝置變換效率的降低。
另外，方案2的電源裝置是在方案1的電源裝置中，上述控制裝置進(jìn)行設(shè)定使得上述升壓裝置的目標(biāo)電壓隨著從上述電力變換裝置輸出的交流電力的增加而上升。
如果依據(jù)方案2的電源裝置，則使用方案1中的電源裝置中的控制裝置進(jìn)行設(shè)定能使得升壓裝置的目標(biāo)電壓隨著從上述電力變換裝置輸出的交流電力的增加而上升。
這樣，如果依據(jù)方案2的電源裝置，則由于隨著從電力變換裝置輸出的交流電力的增加使得上述升壓裝置的目標(biāo)電壓上升，所以能夠防止升壓裝置的升壓率大于所需要的值。
另外，方案3的電源裝置中根據(jù)電力變換裝置的輸出電壓改變目標(biāo)電壓，能夠不把升壓裝置的升壓率加大到所需要的值以上，能夠使太陽能發(fā)電始終穩(wěn)定地動(dòng)作，同時(shí)，不需要把升壓裝置的輸出電壓設(shè)定為高于所需要的值，能夠預(yù)先防止裝置變換效率的降低。


圖1是示出實(shí)施形態(tài)中發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是示出實(shí)施形態(tài)中升壓電路詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3是示出實(shí)施形態(tài)中升壓電路所輸入的開關(guān)信號(hào)的狀態(tài)的同時(shí)，在升壓電路動(dòng)作原理的說明中使用的時(shí)序圖。
圖4是示出實(shí)施形態(tài)中用微機(jī)實(shí)行升壓電路控制時(shí)的控制程序順序的流程圖。
圖5(A)是示出上述實(shí)施形態(tài)中逆變電路20的輸出電壓和升壓電路18的目標(biāo)電壓關(guān)系一例的曲線圖，(B)以及(C)是示出逆變電路20的輸出電壓和升壓電路18的目標(biāo)電壓關(guān)系其它例的曲線圖。
圖6是在現(xiàn)有技術(shù)問題點(diǎn)的說明中使用的太陽電池的輸出電壓-輸出電流特性圖。
以下，參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明中的電源裝置的實(shí)施形態(tài)。
圖1是示出把本發(fā)明的電源裝置適用于連接到商用電力網(wǎng)的電網(wǎng)連接系統(tǒng)中的情況下的結(jié)構(gòu)的框圖。如該圖所示，本實(shí)施形態(tài)的太陽能發(fā)電裝置10中具有太陽電池1 2，太陽電池12的輸出端通過防止反流用的二極管14連接到直流用的噪聲濾波器16上。
另外，噪聲濾波器16的輸出端連接到根據(jù)從后述的微型計(jì)算機(jī)(以下，稱為微機(jī))32輸入的開關(guān)信號(hào)S進(jìn)行所輸入的直流電力的升壓的升壓電路18上，升壓電路18的輸出端連接到把所輸入的直流電力變換為交流電力后進(jìn)行輸出的逆變電路20上，進(jìn)而逆變電路20的輸出端連接到交流用的噪聲濾波器22上。另外，逆變電路20具有根據(jù)從后述的微機(jī)32輸入的開關(guān)信號(hào)，把所輸入的直流電力變換為與商用電源相同頻率(例如50Hz或者60Hz)的交流(該逆變電路20的輸出例如是鋸齒波)的作用。另外，后面將敘述升壓電路18的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
進(jìn)而，噪聲濾波器22的輸出端經(jīng)過解列導(dǎo)體24連接到商用電力系統(tǒng)28上。
另一方面，發(fā)電裝置10具有進(jìn)行發(fā)電裝置10總體控制的微機(jī)32，在微機(jī)32中按各個(gè)預(yù)定的抽樣周期(本實(shí)施形態(tài)中是0.5秒)輸入用由隔離放大器組成的第1電壓檢測(cè)單元34檢測(cè)出來的太陽電池12的輸出電壓，用由變流器CT組成的第1電流檢測(cè)單元36檢測(cè)出來的太陽電池12的輸出電流，用由隔離放大器組成的第2電壓檢測(cè)單元38檢查出來的升壓電路18的輸出電壓，用由變流器CT組成的第2電流檢測(cè)單元40檢測(cè)出來的逆變電路20的輸出電流以及用由變壓器PT組成的電壓波形檢測(cè)單元42檢測(cè)出來的商用電力系統(tǒng)28的電壓波形。
微機(jī)32進(jìn)而連接到解列導(dǎo)體24上，在檢測(cè)出商用電力系統(tǒng)28停電的情況下，釋放解列導(dǎo)體24的接點(diǎn)，把逆變電路20從商用電力系統(tǒng)28分離(解列)。
另外，作為停電的檢測(cè)方法，一般已知有3次諧波的檢測(cè)，頻率變化等的方法。
另外，微機(jī)32連接到升壓電路18上，根據(jù)用第2電壓檢測(cè)單元38檢測(cè)出的升壓電路18的輸出電壓以及用第2電流檢測(cè)單元40檢測(cè)出的逆變電路20的輸出電流，控制輸入到升壓電路18的開關(guān)信號(hào)S的占空比。
進(jìn)而，微機(jī)32連接到逆變電路20上，根據(jù)用電壓波形檢測(cè)單元42檢測(cè)出的商用電力系統(tǒng)28的電壓波形，產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)并輸入到逆變電路20中使得逆變電路20的輸出電力的相位和周期與商用電源一致。
另外，升壓電路18相當(dāng)于本發(fā)明的升壓裝置，逆變電路20相當(dāng)于本發(fā)明的電力變換裝置，微機(jī)32相當(dāng)于本發(fā)明的控制裝置。
其次，參照?qǐng)D2說明升壓電路18的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如該圖所示，升壓電路18中，具有用于把從噪聲濾波器16輸入的直流電力進(jìn)行平滑的平滑電容器50以及扼流線圈52，由開關(guān)元件以及二極管構(gòu)成的開關(guān)電路54，為了得到輸出一側(cè)的濾波效果而連接的二極管56以及電容器58。
即，升壓電路18構(gòu)成利用扼流線圈52中的電磁能量把輸出電壓VS升壓到從噪聲濾波器16加入的電壓VD以上的升壓斬波電路。另外，作為構(gòu)成上述開關(guān)電路54的開關(guān)元件能夠使用功率晶體管，功率FET等。
這里，來自該升壓電路18的輸出電壓VS的平均值V根據(jù)輸入到開關(guān)電路54的開關(guān)元件中的圖3所示的開關(guān)信號(hào)S的占空比，由下面(1)式給出。V=tt-tonVD=11-aVD---(1)]]>另外，(1)式中a(=ton/t)一般稱為流通率。如從上述(1)式所明確的那樣，導(dǎo)通周期ton對(duì)于開關(guān)信號(hào)S的一個(gè)周期t的比例越大，即占空比越大則來自升壓電路18的輸出電壓VS的平均值V的值就越大。
其次，參照?qǐng)D4，說明本實(shí)施形態(tài)中發(fā)電裝置10的控制電路18控制時(shí)的作用。另外，圖4是為了控制升壓電路18而用微機(jī)32實(shí)施的控制程序的流程圖。
首先，在步驟100中，開始對(duì)升壓電路18進(jìn)行占空比為0的開關(guān)信號(hào)S的輸入，然后，通過漸漸地升高開關(guān)信號(hào)S的占空比升壓電路18的輸出電壓上升，在該輸出電壓到達(dá)預(yù)定的目標(biāo)電壓的時(shí)刻而開始逆變電路20的動(dòng)作后轉(zhuǎn)移到步驟102。另外，這時(shí)預(yù)定的目標(biāo)電壓相當(dāng)于圖5(A)的曲線中逆變電路20的輸出電力PI為0時(shí)的目標(biāo)電壓。
在接著的步驟102中，根據(jù)用第2電流檢測(cè)單元40檢測(cè)出來的逆變電路20的輸出電流II計(jì)算出逆變電路20的輸出電力PI(=II×商用電力的電壓)。
在接著的步驟104中，根據(jù)輸出電力PI，求出由升壓電路18升壓后的目標(biāo)電壓VM。這時(shí)，求出目標(biāo)電壓VM使得逆變電路20的輸出電力PI和目標(biāo)電壓VM成為圖5(A)所示的關(guān)系。
即，逆變電路20的輸出電力PI為0到1[kW]時(shí)目標(biāo)電壓VM取一定值，在輸出電力PI大于1[kW]時(shí)伴隨輸出電力PI的增加使目標(biāo)電壓VM上升。另外，作為這時(shí)的目標(biāo)電壓VM的具體求出方法，能夠使用預(yù)先把成為圖5(A)所示關(guān)系的逆變電路20的輸出電力PI和升壓電路18的目標(biāo)電壓VM的圖表存儲(chǔ)在微機(jī)32內(nèi)未圖示的存儲(chǔ)器中，參照該圖表求出的方法。
另外，上述的1[kW]只是一例，本發(fā)明并不限定于該值。
在接著的步驟106中，判斷用第2電壓檢測(cè)單元38檢測(cè)出來的升壓電路18的輸出電壓VS的值是否小于目標(biāo)電壓VM，在小于的情況下轉(zhuǎn)移到步驟108，提高輸入到升壓電路18的開關(guān)信號(hào)S的占空比使得升壓電路18的輸出電壓VS成為目標(biāo)電壓VM，然后返回到步驟102。
另一方面，在步驟106中，在判斷為升壓電路18的輸出電壓VS的值不小于目標(biāo)電壓VM的情況下轉(zhuǎn)移到步驟110，判斷輸出電壓VS的值是否大于目標(biāo)電壓VM，在大于的情況下轉(zhuǎn)移到步驟112，降低開關(guān)信號(hào)S的占空比使得升壓電路18的輸出電壓VS成為目標(biāo)電壓VM，然后返回到步驟102。
另外，在步驟110中，升壓電路18的輸出電壓VS的值被判斷為不大于目標(biāo)電壓VM時(shí)，即輸出電壓VS的值與目標(biāo)電壓VM的值相等的情況下，不變更開關(guān)信號(hào)S的占空比返回到步驟102。
以后，通過反復(fù)執(zhí)行上述步驟102至步驟112的處理，進(jìn)行控制使得升壓電路18的輸出電壓VS的值對(duì)應(yīng)于逆變電路20的輸出電力PI的大小成為圖5(A)所示的關(guān)系。
這樣，在本實(shí)施形態(tài)的發(fā)電裝置10中，由于根據(jù)逆變電路20的輸出電力PI的大小變更升壓電路18的輸出電壓VS，所以不會(huì)使升壓電路18的升壓率大于所需要的值，能夠使發(fā)電裝置10始終穩(wěn)定地動(dòng)作，同時(shí)，由于不需要把升壓電路18的輸出電壓VS的值設(shè)定為高于需要的值，所以不會(huì)降低裝置的變換效率。
另外，本實(shí)施形態(tài)中，說明了根據(jù)逆變電路20的輸出電力PI求出升壓電路18的輸出電壓VS使得成為圖5(A)所示的關(guān)系的情況，然而本發(fā)明并不限定于此，例如也可以像圖5(B)所示那樣采取隨著逆變電路20的輸出電力PI的增加使輸出電壓VS直線性地上升的形態(tài)，還可以像圖5(C)所示那樣采取隨著逆變電路20的輸出電力PI的增加使輸出電壓VS階段地上升的形態(tài)。這些情況下也能夠起到與本實(shí)施形態(tài)大致相同的效果。
另外，本實(shí)施形態(tài)中，作為升壓電路18說明了使用升壓斬波電路(直線型升壓電路)的情況，然而本發(fā)明并不限定于此，也可以采取適用使用了倍壓整流電路，串并聯(lián)斬波電路等的升壓電路的形態(tài)。
如果依據(jù)方案1的電源裝置，則由于根據(jù)從電力變換裝置輸出的交流電力設(shè)定升壓裝置的目標(biāo)電壓，所以具有可以不把升壓裝置的升壓率設(shè)定為大于所需要的值，能夠使發(fā)電裝置始終穩(wěn)定地動(dòng)作，同時(shí)不需要把升壓裝置的輸出電壓設(shè)定為高于所需要的值，能夠預(yù)先防止裝置變換效率的降低的效果。
如果依據(jù)方案2的電源裝置，則由于進(jìn)行設(shè)定使得隨著從電力變換裝置輸出的交流電力的增加使升壓裝置的目標(biāo)電壓上升，所以具有能夠防止把升壓裝置的升壓率設(shè)定為所需要的值以上的效果。
權(quán)利要求
1．一種電源裝置，是把用太陽電池生成的直流電力變換為預(yù)定頻率的交流電力以后，與流過商用交流電源線路的交流電力的相位相吻合地供給到商用交流電源線路中的電源裝置，其特征在于具有把上述直流電力的電壓升壓為所設(shè)定的預(yù)定目標(biāo)電壓的升壓裝置；把由上述升壓裝置升壓了的直流電力變換為上述預(yù)定頻率的交流電力的電力變換裝置；根據(jù)從上述電力變換裝置輸出的交流電力控制上述升壓裝置的目標(biāo)電壓的控制裝置。
2．權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于上述控制裝置進(jìn)行設(shè)定使得隨著從上述電力變換裝置輸出的交流電力的增加使上述升壓裝置的目標(biāo)電壓上升。
3．權(quán)利要求1或2所述的電源裝置，其特征在于上述控制裝置根據(jù)上述交流電力的電壓修正目標(biāo)電壓。
全文摘要
本發(fā)明獲得能夠始終以最佳狀態(tài)運(yùn)行的電源裝置。開始向根據(jù)被輸入的開關(guān)信號(hào)的占空比升壓率能夠變更的升壓電路的輸入開關(guān)信號(hào)(步驟100),從連接在升壓電路后級(jí)的逆變電路的輸出電流I
文檔編號(hào)H02M7/48GK1230708SQ9812254
公開日1999年10月6日 申請(qǐng)日期1998年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月30日
發(fā)明者萬里小路正樹, 鬼塚圭吾, 時(shí)崎久, 森田功 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社