CN112449736A - 电力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力系统。电力系统具备：太阳能电池面板；第一电力转换装置，构建为，将来自太阳能电池面板的直流电力转换为交流电力，并将交流电力向电力网输出；直流侧开闭装置，设于太阳能电池面板与第一电力转换装置之间，在事故发生时被断开；蓄电池；以及第二电力转换装置，构建为，连接于太阳能电池面板与直流侧开闭装置之间的连接点，在对应于直流侧开闭装置的断开而连接点的直流电压超过了预先确定的规定阈值的情况下，实施通过转换直流电力来对蓄电池进行充电的解列充电控制模式。第二电力转换装置具备基于来自系统上位监视装置的指令信号来对蓄电池进行充电的通常充电控制模式。解列充电控制模式优选的是，即使在指令信号中未指示通常充电控制模式，在连接点的直流电压超过了规定阈值的情况下也被实施。

Description

电力系统
技术领域
本申请涉及电力系统。
背景技术
以往，例如日本特开2015－109796号公报所记载的那样，已知有DC链路方式的太阳能发电系统。DC链路方式是指，在连接太阳能电池面板与电力转换装置的直流(DC)路径上连接有蓄电池系统的方式。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－109796号公报
发明内容
发明要解决的课题
存在当电网互连系统(grid interconnection system)发生了事故时，使太阳能电池面板侧的电力转换装置从电力网(electric power grid)解列的情况。若在太阳能电池面板发电的过程中断开太阳能电池面板与电力转换装置之间的直流侧开闭装置，则太阳能电池面板发电电力丧失去处。于是，存在发生过电压而对太阳能电池面板施加较大的负担的隐患。
该申请是为了解决上述那样的课题而完成的，目的在于提供一种能够抑制太阳能电池面板的过电压的电力系统。
用来解决课题的手段
本申请的电力系统具备：
太阳能电池面板；
第一电力转换装置，被构建为将来自所述太阳能电池面板的直流电力转换为交流电力，并将所述交流电力向电力网输出；
直流侧开闭装置，设于所述太阳能电池面板与所述第一电力转换装置之间，在事故发生时被断开；
蓄电池；以及
第二电力转换装置，连接于所述太阳能电池面板与所述直流侧开闭装置之间的连接点，对所述蓄电池的充放电进行控制，
所述电力系统构建为，在对应于所述直流侧开闭装置的断开而所述连接点的直流电压超过了预先确定的规定阈值的情况下，实施通过转换来自所述太阳能电池面板的所述直流电力来对所述蓄电池进行充电的解列充电控制模式。
发明效果
根据上述电力系统，在对应于电力系统相对于电力网的解列而连接点的直流电压的大小超过规定阈值的情况下，实施第二电力转换装置对蓄电池进行充电的解列充电控制模式。由此，能够使蓄电池吸收太阳能电池面板的发电电力。其结果，能够在事故发生时抑制产生太阳能电池面板的过电压。
附图说明
图1是表示实施方式的电力系统的构成的图。
图2是用于说明实施方式的电力系统的动作的图。
图3是表示实施方式的电力系统的动作的时序图。
具体实施方式
图1以及图2是表示实施方式的电力系统1的构成的图。图1是示意性地表示正常运转中的情形的图。图2是示意性地表示电网事故20发生时的系统解列(disconnection)时的动作的图。
电力系统1具备直流链路发电系统1a、电网侧开闭装置2、互连变压器3、以及作为系统上位监视装置的主站点控制器(MSC)11。电网侧开闭装置2的一端与电力网100连接，电网侧开闭装置2的另一端与互连变压器3的一端连接。互连变压器3的另一端与交流侧开闭装置4的一端连接。另外，在实施方式中，在记载为“开闭装置”的构成要素中，能够使用开闭器以及断路器等各种装置。
直流链路发电系统1a具备交流侧开闭装置4、第一电力转换装置5、直流侧开闭装置6、太阳能电池面板7、第二电力转换装置8、蓄电池用开闭装置9、以及蓄电池10。第一电力转换装置5以及第二电力转换装置8也被称为功率调节系统(PCS)。
交流侧开闭装置4的另一端与第一电力转换装置5的交流输出端连接。在第一电力转换装置5的直流输入端上连接有直流侧开闭装置6的一端。
直流侧开闭装置6的另一端经由连接点X与太阳能电池面板7连接。在连接点X上还连接有第二电力转换装置8的第一输入输出端。第二电力转换装置8的第二输入输出端蓄经由电池用开闭装置9与蓄电池10连接。
在实施方式中，为了简化，在图1中仅示出了一个直流链路发电系统1a，但也可以以多个直流链路发电系统1a与互连变压器3连接的方式构建电力系统1。太阳能电池面板7也可以作为多个太阳能电池模块多个串联及并联连接而成的太阳能电池阵列来提供。
MSC11例如经由未图示的电力测量计等取得电网电流Is、电网电压Vs以及功率因数Pf。MSC11基于电网电流Is等上述各种参数，将有效电力上限限幅P＊1向直流链路发电系统1a的第一电力转换装置5发送。另外，一般来说，仅对太阳能发电用的电力转换装置(PV－PCS)发送发电上限限幅值，实际的发电量根据PV－PCS的MPPT控制而进行调整。
第一电力转换装置5构建为，将来自太阳能电池面板7的直流电力转换为交流电力，并将交流电力向电力网100输出。第一电力转换装置5具备第一电力转换电路5a和第一电力转换控制电路5b。
作为一例，第一电力转换电路5a为由IGBT等半导体开关元件构建的电压型三相交流逆变器电路。第一电力转换控制电路5b以来自MSC11的有效电力上限限幅P＊1为上限，通过MPPT控制功能，生成作为栅极脉冲的PWM控制信号，从而对第一电力转换电路5a的半导体开关元件进行接通断开控制。
直流侧开闭装置6设于太阳能电池面板7与第一电力转换装置5之间。在电力系统1正常运转时，电网侧开闭装置2、交流侧开闭装置4以及直流侧开闭装置6被接通。另外，直流侧开闭装置6与电网侧开闭装置2可以作为第一电力转换装置5的一部分而提供，也可以作为与第一电力转换装置5不同的部件而独立地设置。
在电网事故20发生时等的异常时，第一电力转换装置5的半导体开关元件被栅极封锁(gate block)，交流侧开闭装置4与直流侧开闭装置6被断开，第一电力转换装置5的运转停止。通过断开交流侧开闭装置4，能够将直流链路发电系统1a从电力网100解列。
蓄电池10能够使用ESS(储能系统)用的各种蓄电装置。蓄电池10也可以是选自由双电层电容器(EDLC)、锂离子电容器(LIC)、锂离子二次电池(LIB)、镍氢电池、使用了钛酸锂的SciB(注册商标)、铅蓄电池、钠硫电池、以及燃料电池(FC)构成的组中的蓄电池。
蓄电池10与第二电力转换装置8经由蓄电用开闭装置9而连接。在实施方式中，设为无论在电力系统1正常运转时还是电网事故20发生时，蓄电用开闭装置9都保持接通。
第二电力转换装置8连接于太阳能电池面板7与直流侧开闭装置6之间的连接点X。第二电力转换装置8具备第二电力转换电路8a和第二电力转换控制电路8b。
作为第二电力转换电路8a，能够使用各种公知的DC－DC转换器电路。第二电力转换电路8a例如可以为PWM开关转换器，也可以为包括斩波电路的升降压转换器。第二电力转换控制电路8b基于来自MSC11的指令信号S1，对第二电力转换电路8a中所含的IGBT或MOSFET等半导体开关元件的接通·断开进行控制。在指令信号S1中，可以包含有效电力指令P＊2，或者也可以包含电流指令值或电压指令值。第二电力转换装置8可以以基于有效电力指令P＊2进行有效电力相对于连接点X的输入输出的方式工作，也可以基于电流指令值或电压指令值来实施蓄电池或连接点X中的充放电电流控制或电压控制。只要根据蓄电池10的种类以及控制系统的内容来决定指令信号S1中包含何种指令值即可。
第二电力转换控制电路8b包括电压检测电路8b1。电压检测电路8b1检测输入至第二电力转换装置8的直流电压VDC。电压检测电路8b1包括直流电压传感器。在实施方式中，直流电压VDC由电压检测电路8b1来检测。另外，在控制电路8b中预先设定有规定阈值Vth。
第二电力转换控制电路8b所实施的控制模式包括放电控制模式与两个充电控制模式。两个充电控制模式包括通常充电控制模式与解列充电控制模式。
放电控制模式是基于来自MSC11的指令信号S1，以将在蓄电池10积蓄的电力向连接点X输出的方式使第二电力转换装置8运转的模式。通常充电控制模式是基于来自MSC11的指令信号S1，以在直流侧开闭装置6被接通的系统正常运转中，将连接点X的剩余发电电力积蓄于蓄电池10的方式使第二电力转换装置8运转的模式。由于与电力公司的协定等，有向电力网100输出的站点合成输出电力的大小存在站点合成输出上限值的情况。在这样的情况下，通过实施通常充电控制模式，能够将超过站点合成输出上限值的剩余发电电力充电至蓄电池10。
解列充电控制模式为如下模式：在对应于第一电力转换装置5的解列而连接点X的直流电压VDC超过了预先确定的规定阈值Vth的情况下，通过第二电力转换装置8转换太阳能电池面板7的发电电力来对蓄电池10进行充电。在实施方式中，即使在指令信号S1中未指示通常充电控制模式，在连接点X的直流电压VDC超过了规定阈值Vth的情况下，也实施解列充电控制模式。
在放电控制模式与两个充电控制模式下，充放电的区别以及充放电量由指令信号S1的内容来指示。例如，从指示有效电力相对于自输出点Y的输入输出这一观点出发，指令信号S1中所含的有效电力指令P＊2等指令值也可以被调整为正或负的任意的值。
根据实施方式，可获得以下的效果。在图2所示的电网事故20发生时，为了使太阳能电池面板7侧的第一电力转换装置5从电力网100解列，直流侧开闭装置6被断开。当直流侧开闭装置6被断开时，图2所示的太阳能电池面板7的发电电力P1丧失去除，因此若不采取任何措施，则存在太阳能电池面板7的输出电压变得过大的隐患。
关于这一点，根据实施方式的电力系统1，在连接点X的直流电压VDC的大小超过了规定阈值Vth的情况下，实施解列充电控制模式。通过解列充电控制模式，第二电力转换装置8以对蓄电池10进行充电的方式切换动作模式。此时，连接点X与第二电力转换装置8的连接状态被维持，因此能够将向被切断的第一电力转换装置5的电流路径切换为蓄电池10侧而向蓄电池10引导电流。通过这样的电流路径的切换，能够使蓄电池10吸收太阳能电池面板7的发电电力。其结果，能够在电网事故20发生时抑制产生太阳能电池面板7的过电压。
另外，根据实施方式，以即使在指令信号S1中未指示通常充电控制模式，在连接点X的直流电压VDC超过了规定阈值Vth的情况下，也实施解列充电控制模式的方式构建第二电力转换装置8。由于电网事故20的发生基于电网电压Vs的变化在MSC11中也被检测到，因此也考虑根据MSC11检测到电网事故20而将指令信号S1切换为充电控制。然而，在这样的情况下，用于经由MSC11而发生一定的延迟。关于这一点，根据实施方式，由于不经由MSC11而由第二电力转换装置8来完成控制，因此具有能够以直接检测连接点X的电压上升并高速响应于该电压上升的方式使解列充电控制模式工作的优点。
另外，根据实施方式，能够通过第二电力转换控制电路8b所具有的电压检测电路8b1对直流电压VDC超过了规定阈值Vth的情况进行检测。通过内置的电压检测电路8b1，能够进行微秒等高速的电压检测。因而，能够迅速地检测电网事故20时的直流电压VDC的上升。
也考虑假设通过通信线路连接第一电力转换装置5与第二电力转换装置8，使用通信线路将第一电力转换装置5停止的情况传递给第二电力转换装置8。然而，在这种使用通信线路的方法中，在通信速度较慢的情况下，存在花费数十毫秒至数秒程度的时间的隐患。若花费数秒程度的通信时间，则存在与电网事故20发生时的直流电压VDC的上升速度相比，控制响应过慢的问题。关于这一点，通过使用内置于第二电力转换装置8的电压检测电路8b1，能够迅速地检测直流电压VDC的上升。另外，若在第一电力转换装置5与第二电力转换装置8之间设置通信线路，则还存在设置作业费事、或导致成本上升、或产生通信线路的断线等的关于可靠性的问题的缺点。
另外，通常，在被用作第二电力转换装置8的转换器装置中设置检测输入电压的电压检测电路8b1。关于这一点，根据实施方式，通过使用内置的电压检测电路8b1而不需要新的追加部件，因此还具有在硬件以及软件方面容易构建的优点。
图3是表示实施方式的电力系统1的动作的时序图。当在图3的时序图的时刻t1发生电网事故20时，连接点X的直流电压VDC从正常运转电压Vope急剧上升。
直流电压VDC不久便在时刻t2达到规定阈值Vth。在判定为VDC＞Vth的时刻t2，响应于该电压判定，第二电力转换控制电路8b使解列充电控制模式接通。响应于此，以第二电力转换电路8a对蓄电池10进行充电的方式实施电力转换。
之后，在经过了时间TCRG的时刻t3，连接点X的直流电压VDC收敛至太阳能电池面板7的开路电压VOC。在确认到该电压收敛的时刻t3，解列充电控制模式被断开。另外，使解列充电控制模式断开的电压收敛的判定条件可以为VDC≤VOC，作为变形例也可以为VDC≤Vth＿OC。Vth＿OC是被确定为比VOC稍高的电压的电压收敛阈值。
如图3所示，规定阈值Vth优选被确定为比太阳能电池面板7的开路电压VOC高、且比太阳能电池面板7的绝缘耐压Vpvr低的值。由此，能够将用于使解列充电控制模式工作的规定阈值Vth设定为适当值。
在实施方式中，规定阈值Vth设定为比太阳能电池面板7的开路电压VOC高。第二电力转换装置8也可以构建为，在解列充电控制模式开始后直流电压VDC降低至开路电压VOC的情况下，停止解列充电控制模式。
蓄电池10具备充电上限电压Vlimit。第二电力转换装置8也可以具备过充电控制模式，该过充电控制模式为，即使在解列充电控制模式开始时或开始后蓄电池10的电压达到了充电上限电压Vlimit的情况下也继续解列充电控制模式。
一般来说，与蓄电池10的SOC上限对应的充电上限电压Vlimit被确定为，充分低于蓄电池10不可逆地破坏的物理上限电压。另外，从电网事故20发生时的太阳能电池面板7的过电压对策的观点出发，只要实施能够吸收该过电压的程度的短时间的充电动作即可。因此，在过充电控制模式下，即使蓄电池10的SOC为100％，通过使蓄电池10暂时进行紧急时电力吸收，也能够使电网事故20发生时的太阳能电池面板7的保护优先。
另外，在使该过充电控制模式工作时，优选使蓄电池10的保护电路所具有的通常的保护功能具有数秒至数十秒程度的时限。这是因为，通常的保护功能一般被构建为，在蓄电池10达到了充电上限电压Vlimit的时刻迅速地使充电停止。
附图标记说明
1电力系统，1a直流链路发电系统，2电网侧开闭装置，3互连变压器，4交流侧开闭装置，5第一电力转换装置，5a第一电力转换电路，5b第一电力转换控制电路，6直流侧开闭装置，7太阳能电池面板，8第二电力转换装置，8a第二电力转换电路，8b第二电力转换控制电路，8b1电压检测电路，9蓄电池用开闭装置，10蓄电池，20电网事故，S1指令信号，VDC直流电压，Vlimit充电上限电压，VOC开路电压，Vs电网电压，Vth规定阈值，X连接点

Claims (6)

1.一种电力系统，具备：
太阳能电池面板；
第一电力转换装置，被构建为将来自所述太阳能电池面板的直流电力转换为交流电力，并将所述交流电力向电力网输出；
直流侧开闭装置，设于所述太阳能电池面板与所述第一电力转换装置之间，在事故发生时被断开；
蓄电池；以及
第二电力转换装置，连接于所述太阳能电池面板与所述直流侧开闭装置之间的连接点，对所述蓄电池的充放电进行控制，
所述电力系统构建为，在对应于所述直流侧开闭装置的断开而所述连接点的直流电压超过了预先确定的规定阈值的情况下，实施通过转换来自所述太阳能电池面板的所述直流电力来对所述蓄电池进行充电的解列充电控制模式。
2.如权利要求1所述的电力系统，
所述第二电力转换装置具备通常充电控制模式，该通常充电控制模式为，基于来自系统上位监视装置的指令信号对所述蓄电池进行充电，
即使在所述指令信号中未指示所述通常充电控制模式，在所述连接点的所述直流电压超过了所述规定阈值的情况下也实施所述解列充电控制模式。
3.如权利要求1或2所述的电力系统，
所述第二电力转换装置包括检测所输入的直流电压的电压检测电路，所述第二电力转换装置对通过所述电压检测电路检测到的所述直流电压超过了所述规定阈值的情况进行检测。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电力系统，
所述规定阈值被确定为比所述太阳能电池面板的开路电压高且比所述太阳能电池面板的绝缘耐压低的值。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电力系统，
所述规定阈值设定为比所述太阳能电池面板的开路电压高，
所述第二电力转换装置构建为，在所述解列充电控制模式开始后检测到所述直流电压收敛于所述开路电压的情况下，停止所述解列充电控制模式。
6.如权利要求1～5中任一项所述的电力系统，
所述蓄电池具备充电上限电压，
所述第二电力转换装置具备过充电控制模式，该过充电控制模式为，即使在所述解列充电控制模式开始时或开始后所述蓄电池的电压达到了所述充电上限电压的情况下也继续所述解列充电控制模式。
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