CN109804557B

CN109804557B - 太阳能发电系统

Info

Publication number: CN109804557B
Application number: CN201780052329.4A
Authority: CN
Inventors: 松冈祐司; 安保达明; 藤原直树; P·比克塞尔; R·沙卡
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: WO2018087946A1; US10536001B2; JPWO2018087946A1; US20180138713A1; CN109804557A; JP6713237B2

Abstract

太阳能发电系统(10)具备：太阳能电池(2a～2c)；逆变器(3a～3c)，分别与太阳能电池(2a～2c)对应而设置；控制装置(1)，针对逆变器(3a～3c)中的各个逆变器，判断是否处于所对应的太阳能电池(2a～2c)的发电量比预先决定的基准低下的发电量低下状态，生成用于降低被判断为发电量低下状态的第一逆变器(3a)的第一功率因数的第一指令值，生成用于提高未判断为发电量低下状态的至少一个第二逆变器(3b、3c)的第二功率因数的第二指令值，以便补偿基于第一指令值来控制的第一逆变器(3a)的输出电力，基于第一指令值与第二指令值，分别控制逆变器(3a～3c)。

Description

太阳能发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能发电系统。

背景技术

一般而言，已知太阳能发电系统将由太阳能电池发出的直流电力转换成交流电力，并供给至交流负载。为了将直流电力转换成交流电力，采用逆变器。

另一方面，已知由交流侧被并联连接的多个逆变器构成的电力转换系统。比如，公开了划分成比将作为多个逆变器的总和的输出电力而被要求的要求电力值除以逆变器的台数而得的值小的设定值和大的设定值来控制多个逆变器(参照专利文献1)。另外，公开了通过以比控制器与各逆变器的通信周期短的控制周期来控制多个逆变器的输出电力，由此控制多个逆变器的总和的输出电力(参照专利文献2)。

可是，在太阳能发电系统中，有时多个太阳能电池各自的发电电力不同。因此，若总是无差别地控制全部多个逆变器，则有时由于一部分的太阳能电池的发电电力降低，因此太阳能发电系统整体的发电电力会低于原本可发电的电力。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公布第2013/145262号

专利文献2：国际公布第2013/145263号

发明内容

本发明的目的在于，提供太阳能发电系统，即使一部分太阳能电池的发电电力降低，也能够抑制太阳能发电系统整体的发电电力的降低。

依据本发明的观点的太阳能发电系统具备：多个太阳能电池；多个逆变器，分别与所述多个太阳能电池对应而设置；发电量低下状态判断单元，针对所述多个逆变器中的各个逆变器，判断是否处于所对应的太阳能电池的发电量比预先决定的基准低下的发电量低下状态；第一指令值生成单元，生成第一指令值，该第一指令值用于降低由所述发电量低下状态判断单元在所述多个逆变器中判断为所述发电量低下状态的第一逆变器的第一功率因数；第二指令值生成单元，生成第二指令值，该第二指令值用于以补偿基于由所述第一指令值生成单元生成的所述第一指令值来控制的所述第一逆变器的输出电力的方式，提高由所述发电量低下状态判断单元在所述多个逆变器中未判断为所述发电量低下状态的至少一个第二逆变器的第二功率因数；以及控制单元，基于由所述第一指令值生成单元生成的所述第一指令值以及由所述第二指令值生成单元生成的所述第二指令值，分别控制所述多个逆变器。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施方式所涉及的太阳能发电系统的构成的构成图。

图2为表示第一实施方式所涉及的控制装置的构成的构成图。

图3为表示通过第一实施方式所涉及的指令值生成部降低功率因数时的指令值的求法的向量图。

图4为表示通过第一实施方式所涉及的指令值生成部提高功率因数时的指令值的求法的向量图。

图5为表示第一实施方式所涉及的控制装置控制下的、不存在发电量低下状态的逆变器时的逆变器的输出电力的向量图。

图6为表示第一实施方式所涉及的控制装置控制下的、存在发电量低下状态的逆变器时的逆变器的输出电力的向量图。

图7为表示本发明的第二实施方式所涉及的控制装置的构成的构成图。

图8为表示第二实施方式所涉及的控制装置控制下的、存在发电量低下状态的逆变器时的逆变器的输出电力的向量图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1为表示本发明的第一实施方式所涉及的太阳能发电系统10的构成的构成图。针对附图中的相同部分赋予相同标记并省略其详细说明，主要叙述不同的部分。

太阳能发电系统10具备控制装置1，3个太阳能电池2a、2b、2c，3个逆变器3a、3b、3c，3个联络变压器4a、4b、4c，3个交流电流检测器5a、5b、5c，以及交流电压检测器6。另外，在此，描述由3个逆变器3a～3c构成的太阳能发电系统10，但只要是2个以上即可，可以由任意个逆变器构成。

太阳能发电系统10将由太阳能电池2a～2c发出的直流电力转换成用于与电力系统9进行系统联络的交流电力，并供给电力至电力系统9。例如，太阳能发电系统10为大型太阳能发电站(mega solar)等。

太阳能电池2a～2c利用太阳光进行发电。另外，太阳能电池2a～2c可以由任意个太阳能电池构成。

逆变器3a～3c将由所对应的太阳能电池2a～2c供给的直流电力转换成与电力系统9的系统电压同步的交流电力。逆变器3a～3c分别通过联络变压器4a～4c将交流电力供给至电力系统9。例如，逆变器3a～3c为功率调节器。

联络变压器4a～4c设于各逆变器3a～3c的输出侧(交流侧)。联络变压器4a～4c将从所对应的逆变器3a～3c输入的交流电压变压成电力系统9的系统电压。

交流电流检测器5a～5c分别设于逆变器3a～3c的输出侧。交流电流检测器5a～5c分别检测逆变器3a～3c的输出电流I1、I2、I3，并将检测值作为检测信号输出至控制装置1。

交流电压检测器6设于逆变器3a～3c的输出侧。交流电压检测器6检测逆变器3a～3c的输出电压Vs，并将检测值作为检测信号输出至控制装置1。另外，可以代替1个交流电压检测器6，在各逆变器3a～3c的输出侧设交流电压检测器。在该情况下，能够通过将经各交流电压检测器检测出的输出电压代替经本实施方式的交流电压检测器6检测出的电压Vs用于各逆变器3a～3c的控制，得到与本实施方式相同的构成。

控制装置1基于由交流电流检测器5a～5c检测的各逆变器3a～3c的输出电流I1～I3、以及由交流电压检测器6检测的逆变器3a～3c的输出电压Vs来控制逆变器3a～3c的输出电力。

图2为表示本实施方式所涉及的控制装置1的构成的构成图。

控制装置1具备发电量低下状态判断部11、指令值生成部12、以及指令值输出部13。

发电量低下状态判断部11基于逆变器3a～3c的输出电压Vs以及逆变器3a～3c各自的输出电流I1～I3，判断是否处于与自身连接的太阳能电池2a～2c的发电量低于其他太阳能电池2a～2c的发电量这一状态(发电量低下状态)。发电量低下状态判断部11将包含逆变器3a～3c的输出电压Vs、逆变器3a～3c各自的输出电流I1～I3作为信息的数据与判断结果一起发送至指令值生成部12。例如，由于受天气的影响等，一部分的太阳能电池2a～2c的发电量与通常时(例如，晴天时)相比低下，出现发电量低下状态。例如，在一部分的太阳能电池2a～2c被云遮挡时，会产生发电量低下状态的逆变器3a～3c。以下，描述判断为发电量低下状态的逆变器3a～3c的个数为1个的情况，但只要是其一部分，可以判断为任意个逆变器3a～3c处于发电量低下状态。

例如，如下判断逆变器3a～3c是否处于发电量低下状态。在此，描述第一逆变器3a的发电量低下状态的判断方法，其他逆变器3b、3c也相同。发电量低下状态判断部11对所有的输出电流I1～I3的有效成分(有效电流)的平均值或者除自己的输出电流I1之外的其他输出电流I2、I3的有效成分的平均值中的任一进行运算。在逆变器3a的输出电流I1的有效成分低于基于运算的平均值决定的基准时，发电量低下状态判断部11判断逆变器3a处于发电量低下状态。例如，基于平均值决定的基准可以为从平均值减去预先设定的值而得的值，也可以为平均值乘以小于1的比例而求得的值。

另外，只要能够判断各逆变器3a～3c的输出电流I1～I3的有效成分是否低即可，可通过任意方式判断发电量低下状态。例如，可以代替上述的平均值，采用任意的统计值。另外，不适于发电的天气(例如、阴天等)时的太阳能电池2a～2c的发电量可以由发电量低下状态判断部11预先作为基准设定。发电量低下状态判断部11通过个别地比较该预先设置的基准以及各输出电流I1～I3的有效成分，能够判断各输出电流I1～I3的有效成分是否低。

指令值生成部12基于发电量低下状态判断部11的判断结果、各逆变器3a～3c的输出电流I1～I3、以及逆变器3a～3c的输出电压Vs，生成用于控制各逆变器3a～3c的输出电力的功率因数的指令值R1、R2、R3。另外，在指令值R1～R3中，可以包括用于控制分别由逆变器3a～3c输出的有效电力或者无效电力的指令值。指令值生成部12将所生成的逆变器3a～3c的指令值R1～R3输出至指令值输出部13。

指令值生成部13将指令值R1～R3分别输出至各逆变器3a～3c。据此，按照遵循指令值R1～R3的方式，控制各逆变器3a～3c的输出电力。

接着，描述指令值生成部12的指令值R1～R3的求法。

最初，描述指令值R1～R3的限制。

设由各逆变器3a～3c输出的有效电力[W]分别为P1、P2、P3，设无效电力[Var]分别为Q1、Q2、Q3。设根据各逆变器3a～3c的容量等规格确定的各自的最大输出电力[VA]为VA1max、VA2max、VA3max。另外，设分别供电至各逆变器3a～3c的太阳能电池2a～2c的发电电力[W]为P1max、P2max、P3max。在此情况下，由各逆变器3a～3c输出的有效电力P1～P3以及无效电力Q1～Q3必须满足下式。

P1≤P1max…式(1)

P2≤P2max…式(2)

P3≤P3max…式(3)

sqrt(P1^2+Q1^2)≤VA1max…式(4)

sqrt(P2^2+Q2^2)≤VA2max…式(5)

sqrt(P3^2+Q3^2)≤VA3max…式(6)

这里，‘^’为表示乘方的运算符，‘sqrt()’为表示运算括号内的数值的平方根的函数。

以下，只要没有特别声明，描述的前提就是总是满足上述式(1)～(6)。

图5为表示第一实施方式所涉及的控制装置1控制下的、不存在发电量低下状态的逆变器时的逆变器3a～3c的输出电力VA1、VA2、VA3[VA]的向量图。图6为表示第一实施方式所涉及的控制装置1控制下的、存在发电量低下状态的逆变器3a时的逆变器3a～3c的输出电力VA1、VA2、VA3[VA]的向量图。在图中，功率因数以由向量示出的输出电力VA1～VA3的角度来表示。功率因数为0时，角度为0度，功率因数为1时，角度为90度。

根据发电量低下状态判断部11的判断结果，在不存在发电量低下状态的逆变器时(通常时)，以完全相同的功率因数控制所有的逆变器3a～3c的输出电力VA1～VA3。因此，该情况下的输出电力VA1～VA3全部都为相同的角度θ0。因此，所有的逆变器3a～3c的输出电力VA1～VA3的合计电力也为以角度θ0表示的功率因数。此时的功率因数为预先决定的功率因数，为对电力系统9进行供给时所要求的功率因数。

根据发电量低下状态判断部11的判断结果，在存在发电量低下状态的逆变器时，逆变器3a～3c的功率因数如下确定。另外，在此说明如下情况：不处于发电量低下状态的逆变器随着提高功率因数而相应地其有效电力增加，其被多余地供给发电电力。

首先，描述通过发电量低下状态判断部11判断第一逆变器3a处于发电量低下状态的情况。此时，指令值生成部12按照第一逆变器3a的功率因数低于通常时的方式来求出指令值R1。

图3为表示通过指令值生成部12降低功率因数时的指令值R1～R3的求法的向量图。图4为表示通过指令值生成部12提高功率因数时的指令值R1～R3的求法的向量图。半圆状的曲线Cmax表示逆变器3a～3c的最大输出电力[VA]的运转点的集合。

第一逆变器3a通常时(不处于发电量低下状态时)的输出电力处于图3所示的运转点S0。太阳能电池2a的发电电力与由第一逆变器3a输出的有效电力P1一致。设由于太阳能电池2a的发电电力降低，来自第一逆变器3a的输出从有效电力P0降至有效电力Pa。在该情况下，指令值生成部12求出位于曲线Cmax上且成为有效电力Pa的运转点Sa。指令值生成部12按照第一逆变器3a的输出电力处于运转点Sa的方式来求出功率因数。此时的功率因数相当于图3所示的角度θa。指令值生成部12按照成为求得的功率因数的方式生成指令值R1。根据该指令值R1，第一逆变器3a的输出电力的运转点从运转点S0迁移至运转点Sa。即，第一逆变器3a的输出电力VA1的功率因数从角度θ0下降至角度θa。据此，由第一逆变器3a输出的无效电力增加了有效电力减少的量。即，由第一逆变器3a输出的无效电力从无效电力Q0增至无效电力Qa。

控制不处于发电量低下状态的第二逆变器3b以及第三逆变器3c的输出电力VA2、VA3以补偿第一逆变器3a的输出电力VA1的变化。为了进行这样的控制，指令值生成部12按照第二逆变器3b以及第三逆变器3c各自的功率因数高于通常时的方式来求出指令值R2、R3。

第二逆变器3b以及第三逆变器3c的通常时的输出电力VA2、VA3处于图4所示的运转点S0。在进行将2个逆变器3b、3c的输出电力VA2、VA3从运转点S0迁移至处于曲线Cmax上的运转点Sb这一控制时，指令值生成部12求出运转点Sb的功率因数。此时的功率因数相当于图4所示的角度θb。指令值生成部12按照成为求得的功率因数的方式生成指令值R2、R3。根据该指令值R2、R3，2个逆变器3b、3c从运转点S0迁移至运转点Sb。即，2个逆变器3b、3c的功率因数从角度θ0增至角度θb。据此，由2个逆变器3b、3c输出的有效电力增加了无效电力减少的量。据此，由2个逆变器3b、3c输出的有效电力从有效电力P0增至有效电力Pb。

参考图6，描述存在发电量低下状态的逆变器3a时的控制装置1对逆变器3a～3c的控制。

控制装置1控制为：在检测出发电量低下状态的逆变器3a时，逆变器3a～3c的输出电力VA1～VA3的总计的运转点Sf也与检测之前的图5所示的运转点Sf相同。

首先，控制装置1通过将发电量低下状态的逆变器3a的功率因数从角度θ0降至角度θ1，使无效电力Q1增加了有效电力P1降低的量。

接着，控制装置1根据逆变器3a的输出电力VA1的运转点S1与作为目标的所有输出电力VA1～VA3的总计的运转点Sf之差，生成用于由2个逆变器3b、3c分担并补偿的指令值R2、R3。如图6所示，只要将2个逆变器3b、3c的输出电力VA2、VA3的功率因数一同提高到角度θ2，输出电力VA1～VA3的总计便会处于运转点Sf。因此，控制装置1按照功率因数成为角度θ2的方式生成指令值R2、R3。

根据如此生成的指令值R2、R3，控制为以不处于发电量低下状态的逆变器3b、3c的输出电力VA2、VA3分担并补偿发电量低下状态的逆变器3a的输出电力VA1。

具体而言，通过降低发电量低下状态的逆变器3a的输出电力VA1的功率因数，使无效电力Q1增加了有效电力P1减少的量。另一方面，通过提高不处于发电量低下状态的逆变器3b、3c的输出电力VA2、VA3的功率因数，使有余量的有效电力P2、P3增加了无效电力Q2、Q3减少的量。

据此，控制装置1以与太阳能电池2a的发电量降低之前大致相同的值(运转点)控制所有的逆变器3a～3c的总计的输出电力VA1～VA3的有效电力成分、无效电力成分以及功率因数。

根据本实施方式，能够在一部分的太阳能电池2a的发电量降低时，降低从该太阳能电池2a接受电源供给的逆变器3a的输出电力VA1的功率因数，提高其他逆变器3b、3c的输出电力VA2、VA3的功率因数。据此，能够通过其余的逆变器3b、3c的输出电力VA2、VA3分担并补偿发电量低下状态的逆变器3a的输出电力VA1的变化量。

因此，即使一部分的太阳能电池2a的发电量降低，也能够使逆变器3a～3c的总计的输出电力VA1～VA3的运转点(有效电力、无效电力、以及功率因数)与检测前大致相同。

(第二实施方式)

图7为表示本发明的第二实施方式所涉及的控制装置1A的构成的构成图。

本实施方式所涉及的太阳能发电系统是在图1所示的第一实施方式所涉及的太阳能发电系统10中，用图7所示的控制装置1A代替控制装置1而得的。其他点与第一实施方式所涉及的太阳能发电系统10相同。

控制装置1A是在图2所示的第一实施方式所涉及的控制装置1中，用指令值生成部12A代替指令值生成部12而得的。其他点与第一实施方式所涉及的控制装置1相同。在此，主要说明与第一实施方式所涉及的控制装置1的控制不同的部分。

根据发电量低下状态判断部11的判断结果，在不存在发电量低下状态的逆变器3a～3c时，与图5所示的第一实施方式同样地，控制装置1A以相同的功率因数控制所有的逆变器3a～3c。

图8为表示本实施方式所涉及的控制装置1A控制下的、存在发电量低下状态的逆变器3a时的逆变器3a～3c的输出电力VA1～VA3[VA]的向量图。

关于降低发电量低下状态的第一逆变器3a的功率因数的控制与第一实施方式相同。

指令值生成部12A选择不处于发电量低下状态的逆变器3b、3c中的任一个。在此，假设选择第二逆变器3b。控制所选择的第二逆变器3b的输出电力VA2，以补偿逆变器3a的输出电力VA1。即，按照发电量低下状态的第一逆变器3a的输出电力VA1与选择为补偿用的第二逆变器3b的输出电力VA2的总计成为与第一逆变器3a处于发电量低下状态之前相同的方式，生成第二逆变器3b的指令值R2A。

具体而言，第二逆变器3b的指令值R2A如下求出。

按照发电量低下状态的第一逆变器3a与补偿用的第二逆变器3b的总计的输出电力VA1、VA2成为与第一逆变器3a处于发电量低下状态之前相同的方式，求出第二逆变器3b的功率因数。即，与降低第一逆变器3a的功率因数的量相应地，提高第二逆变器3b的功率因数，据此2个总计的输出电力VA1、VA2的运转点(有效电力、无效电力、以及功率因数)保持不变。功率因数的提高方法与图4所示的第一实施方式相同。指令值生成部12A按照第二逆变器3b的输出电力VA2成为这样求出的功率因数的方式生成指令值R2A。

以与第一逆变器3a处于发电量低下状态之前相同的功率因数控制未被选择为补偿用的第三逆变器3c。因此，指令值生成部12A所生成的针对第三逆变器3c的指令值R3A与第一逆变器3a处于发电量低下状态之前相同。如果在仅凭可从第二逆变器3b输出的有效电力P2不足以补偿从第一逆变器3a输出的有效电力P1的减少量时，也会选择第三逆变器3c作为补偿用。该情况下，与针对第二逆变器3b的指令值R2A同样地求出针对第三逆变器3c的指令值R3A。根据该指令值R3A，第三逆变器3c的输出电力VA3的功率因数会提高，以便对第二逆变器3b的输出电力VA2不足的补偿进行弥补。

根据本实施方式，能够通过降低发电量低下状态的输出电力VA1的功率因数，提高选择为补偿用的第二逆变器3b的输出电力VA2的功率因数，得到与第一实施方式相同的作用效果。

另外，无需改变未被选择为补偿用的第三逆变器3c的输出电力VA3的功率因数，能够抑制改变控制的逆变器3a～3c的个数。

另外，本发明不限于上述实施方式本身，可在实施阶段在不超出其主旨的范围内改变构成要素并具体化。另外，能够通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适宜组合，构成各种发明。例如，可以从实施方式所示的全构成要素中，删除几个构成要素。进而，可以对跨不同实施方式的构成要素进行适宜组合。

Claims

1.一种太阳能发电系统，具备：

多个太阳能电池；

多个逆变器，分别与所述多个太阳能电池对应而设置；

发电量低下状态判断单元，针对所述多个逆变器中的各个逆变器，判断是否处于所对应的太阳能电池的发电量比预先决定的基准低下的发电量低下状态；

第一指令值生成单元，生成第一指令值，该第一指令值用于降低由所述发电量低下状态判断单元在所述多个逆变器中判断为所述发电量低下状态的第一逆变器的第一功率因数；

第二指令值生成单元，生成第二指令值，该第二指令值用于提高由所述发电量低下状态判断单元在所述多个逆变器中未判断为所述发电量低下状态的至少一个第二逆变器的第二功率因数，以便补偿基于由所述第一指令值生成单元生成的所述第一指令值来控制的所述第一逆变器的输出电力；以及

控制单元，基于由所述第一指令值生成单元生成的所述第一指令值以及由所述第二指令值生成单元生成的所述第二指令值，分别控制所述多个逆变器，

所述多个逆变器分别输出相同大小的输出电力，

所述第一指令值生成单元，以使得在判断为所述发电量低下状态之前的所述输出电力的大小与降低了所述第一功率因数后的所述输出电力的大小相等的方式生成所述第一指令值，

所述第二指令值生成单元，以使得在判断为所述发电量低下状态之前的所述输出电力的大小与提高了所述第二功率因数后的所述输出电力的大小相等的方式生成所述第二指令值。

2.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，

在所述多个逆变器中的任一个均未由所述发电量低下状态判断单元判断为所述发电量低下状态的情况下，所述控制单元以相同的功率因数控制所述多个逆变器。

3.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述第二指令值生成单元生成用于提高未判断为所述发电量低下状态的全部所述第二逆变器的所述第二功率因数的所述第二指令值。

4.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述第二指令值生成单元生成如下的所述第二指令值：提高未判断为所述发电量低下状态的所述第二逆变器的所述第二功率因数中的一个第三功率因数，在提高所述第三功率因数也不足以补偿所述第一逆变器的输出电力的情况下，提高所述第二功率因数中的所述第三功率因数以外的第四功率因数。

5.一种太阳能发电系统的控制装置，具备：

发电量低下状态判断单元，针对分别与多个太阳能电池对应而设置的多个逆变器中的各个逆变器，判断是否处于所对应的太阳能电池的发电量比预先决定的基准低下的发电量低下状态；

所述多个逆变器分别输出相同大小的输出电力，

6.一种太阳能发电系统的控制方法，包括：

针对分别与多个太阳能电池对应而设置的多个逆变器中的各个逆变器，判断是否处于所对应的太阳能电池的发电量比预先决定的基准低下的发电量低下状态；

生成第一指令值，该第一指令值用于降低在所述多个逆变器中判断为所述发电量低下状态的第一逆变器的第一功率因数；

生成第二指令值，该第二指令值用于提高在所述多个逆变器中未判断为所述发电量低下状态的至少一个第二逆变器的第二功率因数，以便补偿基于所述第一指令值来控制的所述第一逆变器的输出电力；

基于所述第一指令值以及所述第二指令值，分别控制所述多个逆变器，

所述多个逆变器分别输出相同大小的输出电力，

在生成所述第一指令值的步骤中，以使得在判断为所述发电量低下状态之前的所述输出电力的大小与降低了所述第一功率因数后的所述输出电力的大小相等的方式生成所述第一指令值，

在生成所述第二指令值的步骤中，以使得在判断为所述发电量低下状态之前的所述输出电力的大小与提高了所述第二功率因数后的所述输出电力的大小相等的方式生成所述第二指令值。