CN107509391B - 太阳能电池-蓄电池协作系统以及电力变换控制装置 - Google Patents

太阳能电池-蓄电池协作系统以及电力变换控制装置 Download PDF

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Abstract

在太阳能电池和蓄电池的协作系统中，与和其他的蓄电池连接的功率调节系统实施并联控制，并从太阳能电池取出在当前日照下的最大电力。太阳能电池‑蓄电池协作系统具有与天阳能电池连接并进行独立运行控制的功率调节系统(1001)以及与蓄电池连接且与功率调节系统(1001)并联连接的功率调节系统。功率调节系统(1001)具有计算频率垂下量以及电压垂下量的垂下控制部(225)。该垂下控制部(225)使频率垂下率根据有效电力的变化而变化，并将该频率垂下率乘以有效电力来计算出频率垂下量，其中，频率垂下率表示频率相对于从功率调节系统(1001)输出的有效电力下降的比例。

Description

太阳能电池-蓄电池协作系统以及电力变换控制装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池-蓄电池协作系统以及电力变换控制装置，特别是涉及一种对太阳能电池和蓄电池的协作中的电力供给的稳定化有效的技术。
背景技术
近来随着对可再生能源的关心增高、政府的电力购买制度的导入，利用太阳能电池(PV：Photovoltaic)的太阳能发电系统正在急速普及。
特别是在孤岛、远离沿岸的发电厂的内陆部等不充分具备电力系统的地域，因为通过该系统能够容易获得电力，因此被重视。另外，在因事故、灾害等丧失了电力系统时，期待该系统作为紧急确保电源的手段。
但是，作为太阳能发电特有的问题，列举了基于日照条件的变化的电力变动。因此，提出了一种连接能够积蓄电力的蓄电池和太阳能电池，并通过对蓄电池的充放电来维持由太阳能电池发电的过剩或不足的太阳能电池-蓄电池协作系统。
在太阳能电池-蓄电池协作系统中，除了夜间的电力确保以外，还要求对没有进行维护的电力系统、重要负载的稳定的电力供给。
在太阳能电池-蓄电池协作系统的结构中关键的是作为逆变器装置的一种的功率调节系统(PCS：Power Conditioner System)。太阳能电池和蓄电池均为直流装置。因此，在经由功率调节系统变换为交流后连接并协作。
功率调节系统的基本动作方式为互联运行和独立运行这2种。互联运行是在功率调节系统的交流侧与系统连接，并从系统保证交流频率和交流电压的状态下成立的动作，控制为仅使供给(或吸收)到系统的电力量与目标值相一致。
配合从太阳能电池最大地发出有效电力并向系统供给的“最大电力点跟踪(MPPT：Maximum Power Point Tracking)控制”来实施在直流侧与太阳能电池连接的功率调节系统(以下，称为PV-PCS)(例如，参照非专利文献1)。与蓄电池连接的功率调节系统(以下，称为蓄电池-PCS)基于来自外部控制装置的充放电指令实施电力控制。
另一方面，独立运行是从电力系统切断功率调节系统的交流侧，只连接负载的状态，并且是该功率调节系统自身确定并控制交流频率和电压的动作。
在这种情况下，功率调节系统控制为只将频率和电压作为目标值。因此，向负载供给的电力无法指定而依存于负载自身。PV-PCS只生成通过负载消耗的电力，过度的日照量在太阳能电池板上作为热量而被废弃。
如果日照量少于必要电力，则电压下降并停止运行。蓄电池-PCS进行能够向负载供给电力并维持电压的放电。如果电池的电荷不足，则同样通过电压下降来停止运行。
这种太阳能电池-蓄电池协作系统分别由多个PV-PCS以及蓄电池-PCS构成。并且，在每个功率调节系统中，太阳能电池或蓄电池被连接到其直流侧，通过该功率调节系统的交流侧相互连接地进行协作。
在没有系统的状态下，需要以至少1台功率调节系统为主实施独立运行，并通过连接有负载的“局部系统”来确定电压和频率。
为了不受日照条件的影响，通常在作为主要的功率调节系统中选择蓄电池-PCS。另一方面，其他的功率调节系统作为从属通过互联运行而连接。
作为从属的功率调节系统可以是蓄电池-PCS、PV-PCS这双方。蓄电池-PCS通过来自外部的充放电指令来供给固定的电力。PV-PCS实施MPPT控制来供给最大电力。
在这样的太阳能电池-蓄电池协作系统中，当基于日照变动的太阳能电池的发电电力的变化、负载的追加投入等而产生消耗电力的变动时，在作为从属的功率调节系统中无法吸收该消耗电力的变动。因此，只需要1台作为主要的功率调节系统控制以及吸收该消耗电力的变动。
因此，在作为主要的功率调节系统中连接估计了电力变动量的大容量蓄电池。在无法控制时，局部系统的电压和频率脱离允许范围。从安全性的观点来看，功率调节系统陆续停止运行，并难以进行电力供给。
另一方面，在作为逆变器的一种的不间断电源(UPS：Uninterruptible PowerSupply)中，提出了一种一并控制多台逆变器的“并联控制”(例如，参照非专利文献2以及专利文献1)。
因此，作为减轻功率调节系统的控制负载的方法，还有将该UPS的并联控制技术适用于PCS的情况(例如，参照非专利文献3以及专利文献2)。
通过该技术，能够分散电力变动、负载的变动来减轻每个独立运行的功率调节系统的负担。逆变器间的负载电力分担利用逆变器所搭载的垂下特性。
一般来说，通过逆变器来模拟同步发电机的垂下特性，并在配合逆变器输出的有效电力量来变化交流频率的同时，配合输出的无效电力量来变化交流电压。
变化量在额定输出时，频率以及电压需要收敛于允许范围内，所以与此对应地设定垂下率(倾斜)。在连接了额定不同的逆变器时，能够实现与额定相应的负荷分担。在非专利文献2中还公开了配合连接到逆变器的发电装置的特性来设定垂下特性的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-20361号公报
专利文献2：日本特表2012-176771号公报
专利文献3：日本特开2006-14526号公报
非专利文献
非专利文献1：T.Esram,et.al.,IEEE Trans on Energy Conversion,vol.22,No.2,June 2007,pp.439-449.
非专利文献2：J.M.Guerror,et.al.,IEEE Trans on Industrial Electronics,vol.55,No.8,Aug 2008.P.2485-2859.
非专利文献3：K.Sakimoto、et.al.,IEEJ Trans on Power and Energy,vol.133,No.2,2013,pp.186-194.
发明内容
发明所要解决的课题
在上述的太阳能电池-蓄电池协作系统中，为了在作为主要的功率调节系统(蓄电池-PCS)中成为频率和电压的基准而被要求运行继续。但是，因为作为主要的功率调节系统通过独立运行被控制而无法进行充放电控制，所以需要定期地进行蓄电池的充放电管理等维护，因此需要停止功率调节系统。
当作为主要的功率调节系统为一台时，不得不进行对负载的电力遮断和协作系统整体的重启。
另外，如现有技术所述，在产生了消耗电力的变动时，只有1台作为主要的功率调节系统需要控制以及吸收该消耗电力的变动，因此对作为主要的功率调节系统施加了很大的负担。
在减轻作为主要的功率调节系统的负载的技术，即多台功率调节系统的并联控制中，最少需要2台蓄电池-PCS。因此，在由PV-PCS和蓄电池-PCS各1台构成的最小习作结构中无法进行并联控制。
另外，在太阳能电池-蓄电池协作系统中，还不能实施包含了PV-PCS和蓄电池-PCS的并联控制。PV-PCS通过日照使有效电力发生变动，因此无法决定反映额定电力的垂下率。
原本，能够决定假设的额定来决定垂下率，但是无法从功率调节系统取出在此之上的电力。在上述的专利文献3中虽然记载了针对变动的直流电源变更垂下特性的技术，但是并不以其他的功率调节系统之间的协作为目的。
本发明的目的在于提供一种能够在没有电力系统的PV和蓄电池的协作系统中，与其他的蓄电池连接的功率调节系统一起实施并联控制，并从太阳能电池取出在当前日照下的最大电力的技术。
从本说明书的记述以及附图能够明确本发明的上述以及其他的目的和新的特征。
解决课题的手段
如下所述，简单地说明本申请所公开的发明中的代表性内容的概要。
即，实施方式的代表性的太阳能电池-蓄电池协作系统具备第1电力变换控制装置以及第2电力变换控制装置。第1电力变换控制装置在直流侧连接有太阳能电池，并进行独立运行控制。第2电力变换控制装置在直流侧连接有蓄电池，并在交流侧与第1电力变换控制装置的交流侧串联连接。
第1电力变换控制装置具有主电路部、垂下控制部、以及运行控制部。主电路部基于PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，将太阳能电池发电的直流电压变换为交流电压。垂下控制部分别计算频率垂下量以及电压垂下量。运行控制部根据垂下控制部计算出的频率垂下量以及电压垂下量，对PWM信号进行修正并输出。
垂下控制部使频率垂下率基于有效电力的变化而变化，并将变化后的频率垂下率乘以有效电力来计算频率垂下率，其中，所述频率垂下率表示频率相对于从第1电力变换控制装置的交流侧输出的有效电力下降的比例。
特别是，垂下控制部搜索频率垂下率，以使有效电力成为最大，或者频率垂下率在相对于频率垂下率的变化有效电力没有变化的区域成为最大。
发明的效果
如下所述，简单地说明通过本申请所公开的发明中的代表性内容获得的效果。
(1)能够有效地利用太阳能电池发电的电力。
(2)能够进行稳定的电力供给。
附图说明
图1是表示实施方式1的太阳能电池-蓄电池协作系统中的结构的一个例子的说明图。
图2是表示图1的太阳能电池-蓄电池协作系统所具有的功率调节系统中的结构的一个例子的说明图。
图3是表示图2的功率调节系统所具有的垂下率计算部中的结构的一个例子的说明图。
图4是表示本发明人探讨的并联控制中的1台功率调节系统的垂下特性的一个例子的说明图。
图5是表示在交流侧连接具有图4所示的垂下特性的2台功率调节系统并向负载供给有效电力时的行动的一个例子的说明图。
图6是表示功率调节系统所具有的垂下特性的一个例子的说明图。
图7是表示与频率垂下率对应的有效电力的变化的一个例子的说明图。
图8是表示以太阳能电池输出的直流电压为操作变量的太阳能电池的电力特性的一个例子的说明图。
图9是表示基于图3的垂下率计算部的频率垂下率的搜索状态的推定例的说明图。
图10是表示图3的电力差分值评价部输出的增减指令值的一个例子的说明图。
图11是表示实施例2的功率调节系统所具有的垂下率计算部的结构的一个例子的说明图。
图12是表示决定实施方式3的频率垂下率的程序处理的一个例子的流程图。
图13是表示实施方式4的太阳能电池-蓄电池协作系统所具有的功率调节系统中的结构的一个例子的说明图。
图14是表示图13的功率调节系统所具有的垂下率计算部中的结构的一个例子的说明图。
图15是表示通过图13的功率调节系统推测的电力状况的推定的一个例子的说明图。
图16是表示本发明人探讨的并联控制中的1台功率调节系统的垂下特性的一个例子的说明图。
图17是表示决定实施方式5的频率垂下率的程序处理的一个例子的流程图。
图18是表示实施方式6的功率调节系统中的结构的一个例子的说明图。
图19是表示连接图18的功率调节系统和连接有蓄电池的功率调节系统时的负载分担方式的说明图。
图20是表示实施方式7的功率调节系统中的结构的一个例子的说明图。
具体实施方式
在以下的实施方式中为了方便，需要时分割为多个部分或实施方式来进行说明，但是除了特别明示的情况以外，它们并非相互毫无关联，存在一方是另一方的一部分或全部的变形例、详细内容、补充说明等的关系。
另外，在以下的实施方式中，在提到要素的数量等(包含个数、数值、量、范围等)时，除了特别明示的情况以及在原理上明确地限定为特定数量的情况等以外，不限定于该特定的数量，也可以是特定的数量以上或以下。
并且，在以下的实施方式中，该构成要素(还包含要素步骤等)除了特别明示的情况以及在原理上认为明确必须的情况等以外，未必是必须的，这是不言自明的。
同样地，在以下的实施方式中，除了提到构成要素等的形状、位置关系等时特别明示的情况以及在原理上明确认为不是这样的情况等以外，实质上包含与该形状等近似或类似的内容。对于上述数值以及范围也是同样的。
另外，在用于说明实施方式的全部附图中，对于同一部件原则上赋予相同的符号，并省略其重复的说明。
(实施方式1)
以下，详细地说明实施方式。
〈太阳能电池-蓄电池协作系统的结构例〉
图1是表示本实施方式1的太阳能电池-蓄电池协作系统中的结构的一个例子的说明图。
如图1所示，太阳能电池-蓄电池协作系统具有功率调节系统1001～1004、太阳能电池1011、1012、蓄电池1021、1022、以及操作面板103。
在成为第1电力变换控制装置的功率调节系统1001、1002的直流侧，分别连接有太阳能电池1011、1012。在成为第2电力变换控制装置的功率调节系统1003、1004的直流侧，分别连接有蓄电池1021、1022。
另外，在功率调节系统1001～1004的交流侧，连接有负载LD以及由电力公司等提供的电力系统PW。电力系统PW例如为三相200V程度，频率为50Hz程度。
蓄电池1021、1022将太阳能电池1011、1012发电的电力的余量进行充电，并且在太阳能电池1011、1012的发电量不足时进行放电来向电力系统PW供给电力。
连接有太阳能电池1011、1012的功率调节系统1001、1002将太阳能电池1011、1012发电的直流电压变换为交流电压，并且使该交流电压与电力系统PW的电压以及频率相一致。
连接有蓄电池1021、1022的功率调节系统1003、1004基于来自外部的充放电指令来控制蓄电池1021、1022的充放电。
另一方面，在电力系统PW从功率调节系统1001～1004的交流侧断开时，功率调节系统1001～1004全部实施自运行，并且进行并联运行地控制功率调节系统1001～1004的并联控制。
功率调节系统1001～1004自身确定交流频率以及电压并分别进行控制动作。
操作面板103例如由未图示的输入部以及显示部等构成，并进行太阳能电池-蓄电池协作系统中的运行状况的显示或各种设定信息等的输入。
此外，图1示出了太阳能电池-蓄电池协作系统的一个例子。因此，没有特别限定连接太阳能电池的功率调节系统以及连接蓄电池的功率调节系统的数量，哪个都可以为1台以上。
图2是表示图1的太阳能电池-蓄电池协作系统所具有的功率调节系统1001中的结构的一个例子的说明图。在该图2中，对功率调节系统1001的结构进行说明，但是对于连接太阳能电池1012的功率调节系统1002的结构也一样。
〈功率调节系统的结构例〉
如图2所示，功率调节系统1001由主电路210以及控制部200构成。
成为主电路部的主电路210由半导体元件211、反应器(reactor)212、以及变压器213构成。半导体元件211由开关晶体管等构成，基于从电压补偿部222输出的PWM信号，对从太阳能电池1011供给的直流电压进行开关来进行脉冲宽度调制。
反应器212去除由半导体元件211进行脉冲宽度调制而得的信号的高次谐波。由此，例如生成50Hz/60Hz的交流。该交流信号通过变压器213被变换为所期望的电压并输出到电力系统PW侧。
控制部200具有运行控制部220以及垂下控制部225。运行控制部220是控制独立运行的模块，基于额定电压(例如200V左右)和额定频率(例如50Hz左右)生成交流电压，并控制主电路210。
运行控制部220具有电压反馈控制部221、电压补偿部222、振荡部223、以及加法器227、228。
加法器227在后述的频率垂下量中加入额定频率，并输出为频率指令值。加法器228在后述的电压数垂下量中加入额定电压，并输出为电压指令值。
振荡部223针对来自加法器227的频率指令值f和功率调节系统1001内部的时间t计算相位(φ＝2πf×t)，并将其结果作为相位指令值输出到电压反馈控制部221。
电压反馈控制部221进行电压反馈控制，以使由交流电压传感器214检测出的功率调节系统1001的交流侧电压与来自加法器228的电压指令值一致。
在这里，交流电压传感器214被设置在功率调节系统1001的交流输出侧，检测从功率调节系统1001输出的交流电压的电压值。
作为通过电压反馈控制部221进行的具体处理例，提取已输入的交流电压的振幅值，用该振幅值减去输入的电压指令值，并乘以适当的传递函数而得的值被设为新的振幅值A′。并且，与从振荡部223输入的相位指令值即相位φ一起计算交流信号A′×sin(φ)，并设为电压反馈控制部221的输出值。对于传递函数，在这里不涉及因此不确定。
另外，电压补偿部222补偿由在反应器212中流动的电流产生的电压下降。作为具体的一个例子，从由电流传感器215检测出的交流电流提取电流振幅I，并且从交流电压传感器214检测出的交流电压提取电压振幅V。然后，根据电抗器的阻抗ωL计算补偿值(VR+jωL×I)，并附加到来自电压反馈控制部221的交流信号。
电流传感器215也被设置在功率调节系统1001的交流输出侧，并检测在功率调节系统1001的电力系统PW侧流动的电流值。
并且，作为使额定频率和额定电压垂下的结构，具有垂下控制部225。在这里，频率垂下率是针对功率调节系统1001输出的有效电力，使频率下降时的比例。
垂下控制部225具有电力计算部224、垂下率计算部226、以及乘法器229、230。电力计算部224根据交流电压传感器214以及电流传感器215检测出的电压值和电流值，分别计算由功率调节系统1001向负载侧(局部系统)供给的由有效电力以及无效电力组成的电力量。
垂下控制部225基于电力计算部224计算出的有效电力的大小来计算频率垂下率。因此，频率垂下率不是被固定的值，而是基于有效电力的大小来决定。
乘法器229将垂下控制部225计算出的频率垂下率乘以电力计算部224计算出的有效电力而作为频率垂下量(频率垂下量＝频率垂下率×有效电力)输出到加法器227。
乘法器230将预先设定的固定值的电压垂下率乘以电力计算部224计算出的无效电力而作为电压垂下量输出到加法器228。
〈垂下率计算部的结构例〉
图3是表示图2的功率调节系统1001所具有的垂下率计算部226中的结构的一个例子的说明图。
具有电力变化运算部301、电力差分值评价部302、垂下率差分值生成部303、垂下率增减计数器304、初始值存储部305、以及额定极限值存储部306。
在电力变化运算部301中，输入图2所示的电力计算部224计算出的有效电力值P。电力变化运算部301使用输入的有效电力值P来输出差分值ΔP。
电力差分值评价部302将差分值ΔP与上次的频率垂下率的差分值ΔM一起评价，并输出增减指令值作为其评价结果。垂下率差分值生成部303接受从电力差分值评价部302输出的增减指令值，生成新的频率垂下率的差分值，并输出到垂下率增减计数器304。
垂下率增减计数器304根据接收到的频率垂下率的差分值决定频率垂下率M。在运行前从图1所示的操作面板103分别输入计数动作所需要的计数初始值、作为计数的最大值的极限(limit)值信息。
在初始值存储部305中存储从操作面板103输入的初始值，在额定极限值存储部306中存储极限值信息。存储在初始值存储部305以及额定极限值存储部306中的这些信息仅在运行时的最初一次，即初始化时被输入到垂下率增减计数器304中。
〈针对使用了固定垂下率的并联控制〉
在这里，在说明使用了由垂下率计算部226计算的频率垂下率的并联控制前，首先对于使用固定垂下率来进行并联控制的情况进行说明。
图4是表示本发明者探讨的并联控制中的1台功率调节系统的垂下特性的一个例子的说明图。作为垂下的物理量，模拟同步发电机的特性，针对有效电力选择频率，针对无效电力选择电压。在该图4中，示出了与有效电力对应的频率变化。
通常，频率垂下率设定为，针对在功率调节系统的规格上成为最大的额定电力，频率的下降收敛于允许的范围内。
图5是表示在交流侧连接具有图4所示的垂下特性的2台功率调节系统(图中通过PCS1、PCS2来表示)，并向负载供给有效电力时的行动的一个例子的说明图。
如图所示，以双方频率一致的方式移动每个功率调节系统的有效电力与频率之间的关系，并自动地进行有效电力的分担。当每个功率调节系统的垂下率相同时，均等地分担有效电力。在额定电力不同时，由于垂下特性的直线倾斜不同，因此成为与此相应的分担比例。
为此，能够成为与每个功率调节系统的额定有效电力相应的电力分担。也通过使交流电压垂下来同样地说明无效电力的分担。在图2所示的功率调节系统1001中，以可改变该有效电力的频率垂下率为特征。
图6是表示功率调节系统具有的垂下特性的一个例子的说明图。图6(a)表示可改变频率垂下率时的1台功率调节系统中的垂下特性。
具有初始垂下率M0以及额定垂下率MN，在该范围内将频率垂下率设为可变，其中，初始垂下率M0是初期设定的频率垂下率，额定垂下率MN是对成为规格上最大的额定电力值设定为在允许的范围内频率下降的频率垂下率。
额定垂下率作为上述的极限值信息存储到额定极限值存储部306中。通过设定额定垂下率MN，能够限制从功率调节系统输出的电力，因此能够防止输出异常的电力，并能够保护图2所示的半导体元件211、反应器212等。
并且，一边使该频率垂下率变化，一边根据此时的有效电力的增减来决定频率垂下率。更具体来说，以功率调节系统能够在额定电力内分担最大电力的方式搜索频率垂下率M值。
图6(b)表示在交流侧连接具有频率垂下率可变的垂下特性的功率调节系统(图6(b)的PCS2)和具有固定的频率垂下率的功率调节系统(图6(b)的PCS1)，并向负载供给有效电力时的行动。
如图6(b)所示，能够通过使频率垂下率M下降(使倾斜平缓)来提高PCS2的分担率，即增大PCS2分担的有效电力。由此，能够使各功率调节系统的电力分担最佳化。例如，在PCS2与太阳能电池连接的情况下，当日照量多时，能够通过使频率垂下率下降来增大电力分担。
〈基于垂下率计算部的频率垂下率的搜索例〉
接着，对垂下率计算部226的频率垂下率的搜索技术进行说明。
图7是表示与频率垂下率对应的有效电力的变化的一个例子的说明图。图8是表示将太阳能电池输出的直流电压设为操作变量的太阳能电池的电力特性的一个例子的说明图。该图8示出了为了与一般的MPPT控制(搜索)之间的比较，将太阳能电池的直流电压设为操作变量的太阳能电池的电力特性。
图7(a)以及图8(a)表示日照量多于额定电力时的电力特性，图7(b)以及图8(b)表示日照量少于额定电力时的电力特性。
首先，如果使频率垂下率从初始值M0开始下降，并增大有效电力P，则与当前时间点分担的有效电力相比日照量多，视为具有发电余力。如图6(b)所示，通过使垂下率M下降(使倾斜平缓)，能够提高PCS2的分担率。
从太阳能电池的电压-电力的观点来看，如图8所示，具有发电余力的状态是施加了依存于垂下率的电力限制的状态。如图7(a)所示，针对频率垂下率的差分值ΔM进行有效电力的增减ΔP的评价，在ΔP增加时，使垂下率进一步下降来增大电力的分担量。如图8所示，在使垂下率下降时电力限制值向上方移动，有效电力上升。
在使垂下率继续下降时，不久达到最大分担量。在日照量大于额定最大值时，如图7(a)以及图8(a)所示，在发电电力中留有余力但有效电力成为额定电力值PN。
在这种情况下，频率垂下率M中，作为额定垂下率不能设定得比这低。继续实施电力的评价。在日照量小于额定值时，最大分担量变为该时间点的日照量中的最大电力点PMPP。如图7(b)所示，该点是相对于频率垂下率的变化，电力变化消失的点。
此时，视为日照量和分担电力一致而使频率垂下率的操作从单调的减少切换为微量的往返(停滞状态)，继续评价电力量的变化。这与所谓的一般的爬山搜索方法中的顶点附近的动作相同。
停滞的点为图7(b)所示的有效电力的最大点，设定为垂下率M最大。停滞能够在有效电力没有变化时继续使垂下率上升，在有效电力下降时通过转为增加频率垂下率的动作来实现。
通过以上继续的电力评价，在日照量变化时也能够跟踪频率垂下率。在日照量低于额定电力值PN时，因为有效电力下降，所以使频率垂下率上升来减少电力分担量。在这种情况下，进行有效电力不变化且成为最大的频率垂下率的搜索。
另外，在停滞的状态下使频率垂下率稍微减少且使有效电力增大时，判断为日照量进一步增大且产生了发电余力，所以使频率垂下率再次下降。
另一方面，与频率垂下率的增减无关地有效电力减少时，能够判断为日照量下降且与电力分担量相比发电量减少，所以使频率垂下率上升并减少电力分担量。在这种情况下，进行有效电力不变化且成为最大的频率垂下率的搜索。
通过重复以上的动作来决定最佳的频率垂下率，即功率调节系统1001、1002的电力分担量。以上的动作能够通过图3所示的垂下率计算部226来实现。
图9是说明基于图3的垂下率计算部226的频率垂下率的搜索状态的推定的图，图10是表示图3的电力差分值评价部302输出的增减指令值的一个例子的说明图。
总结上述的说明，根据有效电力差分值以及当前时间点的频率垂下率的差分值，推定图9所示的电力状况。例如在有效电力以及频率垂下率均增加时，根据图9来考虑在最大电力点附近日照增加的状况。
基于这些电力状况的推定，对电力差分值评价部302组入输出图10所示的增减指令值的控制逻辑，垂下率差分值生成部303基于增减指令值来决定频率垂下率的正的差分值(±M)。
例如，在有效电力以及频率垂下率的差分值均增加时，根据图10以减少频率垂下率的差分值的方式进行控制。另外，在有效电力没有变化，频率垂下率的差分值增加时，根据图10以增加频率垂下率的差分值的方式进行控制。
根据以上，功率调节系统1001、1002能够一边实施独立运行一边在额定的范围内最大限度地取得与日照相应的电力。另外，功率调节系统1001、1002为独立运行，因此能够在其他功率调节系统停止的情况下也继续运行。
通过独立运行，即使在其他功率调节系统停止时，也能够继续运行。这是因为，仅在连接有协作的蓄电池的1台功率调节系统中，因维护等停止时，如果有能够供给电力的日照则不遮断系统地继续电力供给。
另外，因为能够制定这样的维护计划，所以能够提高太阳能电池-蓄电池协作系统的维护性。
(实施方式2)
〈概要〉
在实施方式1中说明的频率垂下率的决定中，如比较图7和图8所明确的那样，使用了频率垂下率的最大电力点的搜索不是一般的太阳能电池的MPP(最大电力点)搜索中山的“顶部”，而是“肩”部分的搜索。
特别是对平坦进行识别的部分的阈值在检测出电力无变化的平坦部分和不是这样的部分的边界时，容易受到噪声的影响。由此，不容易求出与频率垂下率的变化对应的电力变化的倾斜(ΔP/ΔM)，而容易求出其拐点。因此，本实施方式2对检测最大电力点的其他技术进行说明。
如图7(b)所示，频率垂下率-电力特性在电力变化区域和固定区域内曲线(curve)的性质不同。具体来说在上面为凸，或者不是。当垂下率下降时，在肩的附近电力的上升变缓，在进一步下降时电力不变化。
在求出与电力的频率垂下率对应的二次微分值(Δ2P/ΔM2)时，只在曲线的切换点上曲线的凸的倾向变强，其值上升。通过关注该二次微分，能够从“肩”的部分的搜索置换为“顶部”的搜索。
〈垂下控制部的结构的一个例子〉
图11是表示实施例2的功率调节系统所具有的垂下率计算部226的结构的一个例子的说明图。
图11所示的垂下率计算部226与所述实施方式1的图3所示的垂下率计算部226不同的地方是新追加了二次微分计算部307。对于其他的结构，因为与图3相同所以省略说明。
设有二次微分计算部307的垂下率计算部226的基本动作与所述实施方式1相同，通过频率垂下率的下降和电力差分值的评价来进行搜索。于此同时在看到了二次微分值(Δ2P/ΔM2)时，以求出其极值的方式设定垂下率差分指令。这是典型的爬山搜索，该技术例如能够适用非专利文献1等所公开的技术。
根据以上，能够更容易地进行最大电力点的探求。
(实施方式3)
〈概要〉
在所述实施方式1中，例如通过图3以及图10所示的硬件结构的垂下率计算部226来决定频率垂下率，但在本实施方式3中，说明通过程序形式的软件来进行与该垂下率计算部226的动作相当的处理。
在这种情况下，程序例如存储于设在图2的控制部200中的未图示的程序存储器中。例如，设在图2的控制部200中的未图示的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等基于上述的程序存储器所存储的软件来执行该程序的处理。
〈程序处理例〉
图12是表示决定本实施方式3的频率垂下率的程序处理的一个例子的流程图。图12(a)表示程序存储器所存储的频率垂下率初始化程序的处理例，图12(b)表示程序存储器所存储的更新程序的处理例。
频率垂下率初始化程序是在功率调节系统的动作开始时读出并通过上述的CPU执行的程序。更新程序是根据功率调节系统的主程序通过定时器中断等来定期地(数m～数100ms间隔)读出并同样地通过CPU执行的程序。
交流电压传感器214以及电流传感器215分别检测出的电压值以及电流值在进行了A/D变换后，被输出到CPU。
在图12(a)所示的频率垂下率初始化程序中，首先分别设定频率垂下率的初始值和假定差分值(步骤S101)。然后，准备下一更新程序的启动，取得已获得的三相电压与三相电流的内积，求出有效电力P0(步骤S102)。
根据以上，结束频率垂下率初始化程序的处理。
接着，说明图12(b)所示的更新程序。
首先，取得通过第n次的更新程序的执行获得的三相电压(交流电压传感器214检测出的电压值)与三相电流(电流传感器215检测出的电流值)的内积，求出有效电力P(n)(步骤S201)。
比较有效电力P(n)和通过上次的更新程序处理n－1获得的电力值P(n－1)来求出其差分值ΔP＝P(n)－P(n－1)(步骤S202)。然后，基于求出的电力差分值和在上次的处理中决定的频率垂下率的差分值ΔM(n－1)，进行条件分支(步骤S203～S205)。例如在电力差分值和在上次的处理中决定的频率垂下率的差分值均增加时，以减少频率垂下率的差分值的方式进行控制。
以成为所述实施方式1的图10所示的增减指令值的方式，对这些步骤S203～S205的处理进行处理。基于该增减指令值来设定新的频率垂下率差分值ΔM(n)(步骤S206、S207)，并确定新的频率垂下率(步骤S208)。
确定后的频率垂下率与额定垂下率MN相比较，并限制为不超过额定垂下率MN(步骤S209)。额定垂下率MN如上述实施方式1所述，被存储到图2所示的额定极限值存储部306中作为极限值信息。
此外，该垂下率差分值ΔM(n)因为在下一个更新程序中使用，所以存储为ΔM(n－1)。
另外，如上述实施方式2所述，也可以求出与电力的垂下率对应的二次微分值(Δ2P/ΔM2)，并通过其增减值来决定频率垂下率。在这种情况下，成为与频率垂下率对应的二次微分值的爬山搜索，在该搜索算法中也能够利用公知技术。
根据以上，因为能够通过程序来进行垂下率计算部226的动作，所以能够削减硬件结构。因此，能够降低功率调节系统的成本等。
(实施方式4)
〈功率调节系统的结构例〉
在本实施方式4中，不仅说明日照量，而且说明在负载电力也变动时的功率调节系统1001的控制。此外，太阳能电池-蓄电池协作系统的结构与所述实施方式1的图1相同。
图13是表示设于实施方式4的太阳能电池-蓄电池协作系统的功率调节系统中的结构的一个例子的说明图。
图13所示的功率调节系统1001与所述实施方式1的图3中的功率调节系统1001不同点在于，直流电压传感器216检测的电压值被输入到垂下率计算部226中。
直流电压传感器216被设置在功率调节系统1001上连接太阳能电池的直流侧。直流电压传感器216检测从太阳能电池输出的直流电压值。
直流电压传感器216检测出的直流电压值如上述那样被输入到垂下率计算部226。对于其他的连接结构以及动作，因为与图3相同所以省略说明。
〈背景〉
该图13所示的功率调节系统1001的结构的背景如下所述。
在与太阳能电池-蓄电池协作系统连接的负载的动作状态发生变化时，消耗电力发生变化。另外，通过增减来自与其他的太阳能电池连接的功率调节系统的电力供给，相应的功率调节系统的表观的负载电力发生变化。
仅仅通过从功率调节系统的交流侧的三相电压和三相电流求出有效电力的方法来评价电力的增减，无法容易地区分单独的日照电力的增减、基于频率垂下率的变动的负载电力的增减、单独的负载电力的增减。
为此，在所述实施方式1中，通过在MPP点附近一点点地使频率垂下率往复来区分日照电力和负载电力的变动。并且，在区分负载电力的增减时，可以一边进行往复动作，一边使频率垂下率逐渐上升。
但是，在本实施方式4中，还能够通过评价功率调节系统的直流侧的电压来更简单地进行区分。
在图8(b)中，点划线表示日照量多于额定电力时的电力特性，实线表示日照量少于额定电力时的电力特性。
如图8(b)所示，在基于电力极限(limit)(例如图中的M’)下的日照电力的降低的电力下降中，伴随着太阳能电池的直流电压的下降。但是，在负载电力自身下降时，相当于该极限值下降，因此反之直流电压上升。通过编入该变化作为标记，能够更高速且简化搜索处理。
〈垂下率计算部的结构例〉
图14是表示设于图13的功率调节系统的垂下率计算部226中的结构的一个例子的说明图。
图14所示的垂下率计算部226在实施方式1的图3所示的垂下率计算部226的结构中新追加了直流电压差分值计算部308。在该直流电压差分值计算部308中输入图13所示的直流电压传感器216检测出的直流电压值，并根据直流电压传感器216检测出的直流电压值，计算直流电压的差分值。
〈基于垂下率计算部的频率垂下率的搜索例〉
其次，说明基于图14所示的垂下率计算部226的频率垂下率的搜索技术。
负载电力不变化时的搜索如实施方式1的说明所述。另外，在具有发电余力时频率垂下率下降，另外在电力不变化时频率垂下率上升，并在最大电力点停滞也是一样的。
因此，这里仅描述在停滞状态下分离日照量的变化和负载电力的变动，并怎样搜索下一个最佳点。
任何变动也反映于有效电力的变化，但是原因根据直流电压的变化方向而不同。即，在停滞状态下提升频率垂下率来增加有效电力，并且在直流电压上升时，考虑为日照量的增加。为此，进一步使频率垂下率下降，并增加电力的分担量。反之，在直流电压下降时，考虑为负载的状态发生变化并且到负载的有效电力量增加。
另一方面，在垂下率下降来减少有效电力，并且直流电压上升时，考虑为到负载的有效电力量减少。另外，直流电压减少的情况为日照量的减少。对于日照量的变化，可以取得与所述实施方式1相同的对应。
另一方面，对于负载电力变动下的搜索技术没有特别限定。一般来说，因为考虑到可以是维持现状的停滞状态，所以在这里表示指令与上次的差分值相反的例子。或者，也可以根据太阳能电池-蓄电池协作系统的状况考虑其他的运行方法。
图14的垂下率计算部226进行以上的动作。根据有效电力差分值以及当前时间点的频率垂下率差分值，推定图15所示的电力状况。例如，在直流电压差分值、有效电力差分值、以及频率垂下率差分值均增加时，根据图15，考虑在最大电力点附近日照增加的状况。
基于该图15所示的电力状况，能够在电力差分值评价部302中组入输出图16所示那样的增减指令值的控制逻辑，并基于该增减指令值，垂下率差分值生成部303通过输出正的频率差分值(±M)来实现。例如，直流电压差分值、有效电力差分值、以及频率垂下率差分值均增加时，根据图16，进行使频率垂下率差分值减少等的控制。
根据以上，能够正确且快速地进行频率垂下率的控制。
(实施方式5)
〈概要〉
对于由所述实施方式4所说明的硬件结构组成的垂下率计算部226的动作，也能够通过程序处理来实现。
在本实施方式5中，对于通过程序形式的软件来实现相当于所述实施方式4的图14所示的垂下率计算部226的处理的情况进行说明。
在这种情况下，程序例如存储在设于图2的控制部200上的未图示的程序存储器等中。该程序的处理例如通过在图2的控制部200上设置的未图示的CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)等基于存储于上述程序存储器的软件来执行处理。
在这种情况下，存储于程序存储器的程序与所述实施方式3一样，是频率垂下率初始化程序以及更新程序。
〈程序处理例〉
图17是表示决定本实施方式5的频率垂下率的程序处理的一个例子的流程图。
频率垂下率初始化程序是在功率调节系统的动作开始时读出并通过上述CPU执行的程序。更新程序是从功率调节系统的主程序通过定时器中断等定期地(数m～数100ms)读出并同样地通过CPU执行的程序。
此外，因为取得电力系统的三相电压以及三相电流的点、频率垂下率初始化程序的处理、以及更新程序的调出为止与所述实施方式3一样，所以在这里对于除此之外的更新程序的处理进行说明。
更新程序首先取得三相电压和三相电流的内积并求出有效电力P(n)(步骤S301)。与在上次的处理n－1中得到的电力值P(n－1)相比较来求出其差分值ΔP＝P(n)－P(n－1)(步骤S302)。
另外，比较通过执行第n次的更新程序得到的直流电压V(n)和通过执行上次的更新程序得到的电压值VDC(n－1)来求出其差分值ΔV＝VDC(n)－VDC(n－1)(步骤S303)。
基于电力差分值、电压差分值、以及通过上次的调出来决定的频率垂下率差分值ΔM(n－1)来进行条件分支(步骤S305～S307，或者步骤S304、S310～S312)。在这里，特别追加了基于步骤S304的处理的电压差分值的分支。
这些步骤S305～S307的处理，或者步骤S304、S310～S312的处理被处理成成为图16所示的增减指令值。例如在直流电压差分值、有效电力差分值、以及频率垂下率差分值均增加时，根据图16进行使频率垂下率差分值减少等的控制。
通过步骤S305～S307的处理，或者步骤S304、S310～S312的处理中的分支来设定新的频率垂下率差分值ΔM(n)(步骤S308、S309、或步骤S313、S314)，并确定新的垂下率(步骤S315)。
频率垂下率与额定垂下率MN相比较，限制为不超过额定垂下率MN并结束更新程序(步骤S316)。额定垂下率MN如上述实施方式1所述，存储于图3所示的额定极限值存储部306。此外，该频率垂下率差分值ΔM(n)在下一个更新程序中被使用，因此存储为状态变量ΔM(n－1)。
根据以上，能够削减硬件结构，并能够降低功率调节系统的成本。
(实施方式6)
〈概要〉
在本实施方式6中提供所述实施方式4中说明的负载增减时的垂下率计算部226的其他控制技术。
具有最大限度引出太阳能电池的电力的独立运行并联控制的功率调节系统在构成了与蓄电池连接的功率调节系统之间的协作系统时，产生超过太阳能电池负荷的电力。并且，该剩余电力经由连接蓄电池的功率调节系统对蓄电池进行充电。
〈功率调节系统的结构例〉
使用图18来说明功率调节系统的结构。
图18是表示本实施方式6的功率调节系统1001中的结构的一个例子的说明图。
图18所示的功率调节系统1001与所述实施方式4的图13的功率调节系统1001相比较，新追加了额定修正部231。
垂下率计算部226与所述实施方式4一样地控制频率垂下率，在图15所示的负载增减时，针对额定修正部231输出修正信号。该修正信号可以是表示增减的二值数字信号，也可以是表示具体的增减值的模拟值。
额定修正部231接受该修正信号来输出额定修正指令，并输出用于修正额定频率的值的额定修正指令。
〈功率调节系统的负荷分担例〉
图19是表示在连接了图18的功率调节系统和连接有蓄电池的功率调节系统时的负荷分担的情况的说明图。
在该图19中，PCS2表示连接太阳能电池，并具有修正额定频率的垂下特性的功率调节系统，即，图18所示结构的功率调节系统1001。PCS1表示连接了蓄电池的功率调节系统，例如所述实施方式1的图1所示的功率调节系统1003等。
如图19所示，随着负载电力的减少在上方修正额定频率时，超过额定频率地进行协作动作。在这种情况下，PCS1的动作点存在于有效电力为负的区域。这表示PCS1负担的有效电力量为充电电力。PCS2和PCS1的分担电力(绝对值)的差为负载电力。
根据以上，因为能够将太阳能电池的剩余电力充电到蓄电池，所以能够提高太阳能电池-蓄电池协作系统中的电力效率。
(实施方式7)
〈概要〉
具有最大限度引出上述的太阳能电池的电力的独立运行并联控制的功率调节系统并不限定仅用于不存在电力系统的系统。因此，在本实施方式7中，对于具备除了独立运行以外还能够进行互联运行的控制结构的功率调节系统进行说明。
〈功率调节系统的结构例以及动作例〉
图20是表示本实施方式7的功率调节系统1001中的结构的一个例子的说明图。
图20所示的功率调节系统1001针对所述实施方式1的图2的功率调节系统1001，新设置了运行模式切换部232、233以及电流反馈控制部234。
在图20所示的功率调节系统1001中，能够根据电力系统的有无来切换运行方式。在互联运行时，通过运行模式切换部233的切换，从电压反馈控制部221切换到电流反馈控制部234，并实施电力控制。因此，电力控制从电压反馈控制切换到电流反馈控制。
另外，在运行模式切换部232中遮断从加法器227输出的频率指令值。由此，在振荡部223中只输入相位指令值。在这种情况下，系统的相位与频率同步。通过以上的结构，能够在太阳能电池-蓄电池协作系统中能够进行“互联运行”。
根据以上，能够对应于独立运行以及互联运行，并能够提高太阳能电池-蓄电池协作系统的可靠性。
以上，基于实施方式具体地说明了本发明者所创造的发明，但是本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变更是不言自明的。
此外，本发明并不限定于上述的实施方式，还包含各种变形例。例如，上述的实施方式是为了易懂地说明本发明而详细说明的内容，但是并不限定于必须具备说明的全部结构。
另外，能够将某个实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构，另外，能够在某个实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、消除、替换。
符号说明
1001：功率调节系统
1002：功率调节系统
1003：功率调节系统
1004：功率调节系统
1011：太阳能电池
1012：太阳能电池
1021：蓄电池
1022：蓄电池
103：操作面板
200：控制部
210：主电路
211：半导体元件
212：反应器
213：变压器
214：交流电压传感器
215：电流传感器
216：直流电压传感器
220：运行控制部
221：电压反馈控制部
222：电压补偿部
223：振荡部
224：电力计算部
225：垂下控制部
226：垂下率计算部
227：加法器
228：加法器
229：乘法器
230：乘法器
231：额定修正部
232：运行模式切换部
233：运行模式切换部
234：电流反馈控制部
301：电力变化运算部
302：电力差分值评价部
303：垂下率差分值生成部
304：垂下率增减计数器
305：初始值存储部
306：额定极限值存储部
307：二次微分计算部
308：直流电压差分值计算部

Claims (14)

1.一种太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，具备：
第1电力变换控制装置，其在直流侧连接有太阳能电池，并进行独立运行控制；以及
第2电力变换控制装置，其在直流侧连接有蓄电池，在交流侧与所述第1电力变换控制装置的交流侧并联连接，
所述第1电力变换控制装置具有：
主电路部，其基于PWM信号，将所述太阳能电池发电的直流电压变换为交流电压；
垂下控制部，其分别计算出频率垂下量以及电压垂下量；以及
运行控制部，其根据所述垂下控制部计算出的所述频率垂下量以及所述电压垂下量，对所述PWM信号进行修正并输出，
所述垂下控制部使频率垂下率根据有效电力的变化而变化，并将变化后的所述频率垂下率乘以所述有效电力来计算出所述频率垂下量，其中，所述频率垂下率表示频率相对于从所述第1电力变换控制装置的所述交流侧输出的有效电力下降的比例。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部搜索所述频率垂下率，以使所述有效电力成为最大，或者所述频率垂下率在相对于所述频率垂下率的变化所述有效电力没有变化的区域成为最大。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限来搜索所述频率垂下率。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部搜索所述频率垂下率，以使与所述频率垂下率对应的所述有效电力的二次微分值成为最大。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限来搜索所述频率垂下率。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部搜索所述频率垂下率，以使所述太阳能电池产生的直流电压成为最大，或者所述频率垂下率在相对于所述频率垂下率的变化所述有效电力没有变化的区域成为最大。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限来搜索所述频率垂下率。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部在所述有效电力减少而所述太阳能电池的直流电压上升时，进行搜索，以使所述有效电力成为最大，或者所述频率垂下率在相对于所述频率垂下率的变化所述有效电力没有变化的区域成为最大，并修正为从所述第1电力变换控制装置的交流侧输出的交流电压的频率高于额定频率。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池-蓄电池协作系统，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限来搜索所述频率垂下率。
10.一种电力变换控制装置，其在交流侧并联连接有蓄电池用电力变换控制装置，在直流侧连接有太阳能电池，并进行独立运行控制，该蓄电池用电力变换控制装置在直流侧连接有蓄电池，其特征在于，
所述电力变换控制装置具有：
主电路部，其基于PWM信号，将所述太阳能电池发电的直流电压变换为交流电压；
垂下控制部，其分别计算出频率垂下量以及电压垂下量；以及
运行控制部，其根据所述垂下控制部计算出的所述频率垂下量以及所述电压垂下量，对所述PWM信号进行修正并输出，
所述垂下控制部使频率垂下率根据有效电力的变化而变化，并将变化后的所述频率垂下率乘以所述有效电力来计算出所述频率垂下量，其中，所述频率垂下率表示频率相对于从所述电力变换控制装置的所述交流侧输出的有效电力下降的比例。
11.根据权利要求10所述的电力变换控制装置，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限来搜索所述频率垂下率，以使所述有效电力成为最大，或者所述频率垂下率在相对于所述频率垂下率的变化所述有效电力没有变化的区域成为最大。
12.根据权利要求10所述的电力变换控制装置，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限来搜索所述频率垂下率，以使与所述频率垂下率对应的所述有效电力的二次微分值成为最大。
13.根据权利要求10所述的电力变换控制装置，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限来搜索所述频率垂下率，以使所述太阳能电池产生的直流电压成为最大，或者所述频率垂下率在相对于所述频率垂下率的变化所述有效电力没有变化的区域成为最大。
14.根据权利要求10所述的电力变换控制装置，其特征在于，
所述垂下控制部以表示预先设定的所述频率垂下率的下限值的额定垂下率为下限，在所述有效电力减少而所述太阳能电池的直流电压上升时，进行搜索，以使所述有效电力成为最大，或者所述频率垂下率在相对于所述频率垂下率的变化所述有效电力没有变化的区域成为最大，并修正为从所述电力变换控制装置的交流侧输出的交流电压的频率高于额定频率。
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