CN113227934B - 电力系统 - Google Patents
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Abstract
电力系统具有：第一电力转换装置，将来自太阳能电池面板的直流电力转换为交流电力，将交流电力向电力系统输出；第二电力转换装置，第一输入输出端连接于太阳能电池面板与第一电力转换装置之间的连接点，第二输入输出端与蓄电池连接，进行充放电控制，充放电控制包括充电控制和放电控制。第一电力转换装置及第二电力转换装置有选择地执行第一模式和第二模式，第一模式是第一电力转换装置进行对于太阳能电池面板的MPPT控制并且第二电力转换装置进行充放电控制的模式，第二模式是第一电力转换装置进行以不超过预先设定的输出限制器值的方式限制输出功率的输出限制控制并且第二电力转换装置进行对于太阳能电池面板的MPPT控制的模式。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统。
背景技术
以往，例如如在国际公开2015/029138号公报中记载的那样，已知存在将太阳能发电系统的输出功率限制在一定范围的技术。在进行并网的太阳能发电系统中，根据与电力系统的关系而设定了容许的输出功率的范围。根据上述以往的技术，设定站点上限设定值，以不超过该站点上限设定值的方式限制太阳能发电系统的输出功率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2015/029138号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述以往的技术中，将站点上限设定值作为限制器值，以使输出功率不超过该限制器值的方式限制输出功率。该输出限制有时因与MPPT控制的关系而引起不良影响。即，通常通过进行对于太阳能电池面板的MPPT控制(即最大功率点跟踪控制)，从而最大限度地提取太阳能电池面板的发电功率。另一方面，由于进行输出限制控制，将电力转换装置的输入直流电压的值限制为比最优动作点电压小的值。
在进行MPPT控制时，有时在最大输出功率动作点之前太阳能电池面板的输出功率达到输出限制器值。在此情况下，为了不增大发电量，输出功率被输出限制控制所限制。如果发生这样的情况，则存在尽管是能够得到更多的发电量的状况、但太阳能电池面板的发电量受到限制的问题。
本发明是为了解决上述那样的问题而提出的，目的是提供一种改良为能够得到更多的发电量的电力系统。
用来解决课题的手段
本申请的第一电力系统具有：太阳能电池面板；第一电力转换装置，其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，将所述交流电力向电力系统输出；蓄电池；以及第二电力转换装置，第一输入输出端连接于所述太阳能电池面板与所述第一电力转换装置之间的连接点，第二输入输出端与所述蓄电池连接，其构建为进行充放电控制，所述充放电控制包括通过所述连接点的直流电压对所述蓄电池进行充电的充电控制和将储存在所述蓄电池中的电力向所述连接点放出的放电控制；所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置构建为，有选择地执行第一模式和第二模式，所述第一模式是所述第一电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制并且所述第二电力转换装置进行所述充放电控制的模式，所述第二模式是所述第一电力转换装置进行以不超过预先设定的输出限制器值的方式限制输出功率的输出限制控制并且所述第二电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制的模式。
本申请的第二电力系统具有：太阳能电池面板；第一电力转换装置，其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，将所述交流电力向电力系统输出；蓄电池；第二电力转换装置，第一输入输出端连接于所述太阳能电池面板与所述第一电力转换装置之间的连接点，第二输入输出端与所述蓄电池连接，其构建为进行充放电控制，所述充放电控制包括通过所述连接点的直流电压对所述蓄电池进行充电的充电控制和将储存在所述蓄电池中的电力向所述连接点放出的放电控制；以及上位控制装置，与所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置连接；所述上位控制装置具有第一模式和第二模式，所述第一模式是所述第一电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制并且所述第二电力转换装置进行所述充放电控制的模式，所述第二模式是所述第一电力转换装置进行以不超过预先设定的输出限制器值的方式限制输出功率的输出限制控制并且所述第二电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制的模式；所述上位控制装置构建为，使所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置有选择地执行所述第一模式和所述第二模式。
发明效果
根据本申请，第一电力转换装置和第二电力转换装置能够相互移交执行MPPT控制的权限。通过由第二电力转换装置执行MPPT控制的第二模式，能够从太阳能电池面板最大限度提取发电电力并将该电力储存到蓄电池中。由此，能够从太阳能电池面板提取以往以不向电力系统侧输出的方式受到输出限制控制限制的过剩发电量。结果，能够使电力系统的发电量增大。
附图说明
图1是表示有关实施方式的电力系统的结构的图。
图2是用来说明有关实施方式的电力系统的动作的时序图。
图3是表示有关实施方式的变形例的电力系统的结构的图。
图4是用来说明有关比较例的电力系统的动作的时序图。
具体实施方式
图1是表示有关实施方式的电力系统1的结构的图。电力系统1具有直流链路发电系统1a、系统侧开闭器2和互连变压器3。系统侧开闭器2的一端与电力系统100连接，系统侧开闭器2的另一端与互连变压器3的一端连接。互连变压器3的另一端与直流链路发电系统1a中的交流侧开闭器4的一端连接。
直流链路发电系统1a具有交流侧开闭器4、第一电力转换装置5、直流侧开闭器6、太阳能电池面板7、第二电力转换装置8、蓄电用开闭器9、蓄电池10和防逆流二极管11。第一电力转换装置5及第二电力转换装置8也称作功率调节系统(PCS)。
直流链路发电系统1a具有DC链路方式的系统结构。按照DC链路方式，在连接太阳能电池面板7与第一电力转换装置5的直流(DC)路径上连接着蓄电池系统(即第二电力转换装置8及蓄电池10)。
交流侧开闭器4的另一端与第一电力转换装置5的交流输出端连接。第一电力转换装置5的直流输入端与直流侧开闭器6的一端连接。
直流侧开闭器6的另一端经由连接点X与防逆流二极管11的阴极连接。防逆流二极管11的阳极与太阳能电池面板7连接。
在实施方式中，为了简化，在图1中仅图示了一个直流链路发电系统1a，但电力系统1也可以构建为多个并联连接的直流链路发电系统1a与互连变压器3的另一端连接。太阳能电池面板7可以作为串联及并联连接多个太阳能电池模块的太阳能电池阵列提供。
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，将交流电力向电力系统100输出。第一电力转换装置5具有第一电力转换电路和第一电力转换控制电路。第一电力转换电路作为一例是由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基于来自未图示的上位控制装置(例如主站点控制器)的输出上限限制器P* 1生成作为选通脉冲的PWM控制信号，从而对第一电力转换电路的半导体开关元件进行接通断开控制。
如图1所示，第二电力转换装置8的第一输入输出端也与连接点X连接。第二电力转换装置8的第二输入输出端经由蓄电用开闭器9与蓄电池10连接。
蓄电池10可以使用ESS(能量储存系统)用的各种蓄电装置。蓄电池10也可以是从双电层电容器(EDLC)、锂离子电容器(LIC)、锂离子二次电池(LIB)、镍氢电池、使用钛酸锂的SciB(注册商标)、铅蓄电池、钠硫电池和燃料电池(FC)构成的组中选择出的蓄电池10。
蓄电池10与第二电力转换装置8经由蓄电用开闭器9连接。蓄电池10包括蓄电池主体和管理该蓄电池主体的SOC(State of Charge，荷电状态)等的BMU(电池管理单元)。蓄电池10的SOC等电池状态信息从BMU传递给第二电力转换装置8。另外，作为变形例，也可以经由未图示的上位控制装置向第二电力转换装置8传递电池状态信息。即，BMU和第二电力转换装置8也可以不直接交换信息。
第二电力转换装置8与太阳能电池面板7和直流侧开闭器6之间的连接点X连接。第二电力转换装置8具有第二电力转换电路和第二电力转换控制电路。作为第二电力转换电路，可以使用各种公知的DC－DC转换器电路。第二电力转换电路例如既可以是PWM开关转换器，也可以是包括斩波电路的升降压转换器。第二电力转换控制电路基于来自未图示的上位控制装置(例如主站点控制器)的上位指令信号，对第二电力转换电路所包含的IGBT或MOSFET等半导体开关元件的接通/断开进行控制。
第二电力转换装置8构建为，实施充放电控制。充放电控制包括充电控制和放电控制。充电控制是用连接点X的直流电压VDC对蓄电池10进行充电的控制模式。放电控制是将积蓄在蓄电池10中的电力向连接点X放出的控制模式。
在来自未图示的上位控制装置的上位指令信号中包含指令值。该指令值按照蓄电池10的种类和运用方法决定内容，既可以是有功功率指令P* 2，也可以是电流指令值或电压指令值。第二电力转换装置8以基于包含在上位指令信号中的指令值进行对于连接点X的有功功率的输入输出的方式动作。此外，对于图1所记载的有关实施方式的电力系统1，在第一电力转换装置5与第二电力转换装置8之间设置有通信线路。经由该通信线路进行模式设定信号S0的交换。
模式设定信号S0是用来在第一电力转换装置5与第二电力转换装置8之间进行第一模式M1、第二模式M2和第三模式M3的切换的双向信号。通过交换模式设定信号S0，第一电力转换装置5和第二电力转换装置8进行协调而实施控制。在实施方式中，预先在第一电力转换装置5及第二电力转换装置8中存储有确定了与该模式设定信号S0的对应关系的下述表1所定义的表信息。第一电力转换装置5及第二电力转换装置8构建为，按照模式设定信号S0的内容，选择性地执行第一模式M1、第二模式M2和第三模式M3。
[表1]
第一模式M1是第一电力转换装置5进行对于太阳能电池面板7的MPPT控制(即最大功率点跟踪控制)、并且第二电力转换装置8进行充放电控制的控制模式。第一模式M1的充放电控制如上述那样，基于来自未图示的上位控制装置的上位指令信号而切换充电控制和放电控制。
第二模式M2是第一电力转换装置5固定为输出限制控制、并且第二电力转换装置8进行对于太阳能电池面板7的MPPT控制的控制模式。在第二模式M2的输出限制控制中，将来自未图示的上位控制装置的输出上限限制器P* 1和预先设定的输出限制器值Ppcsmax中的较小的值设定为输出限制器值Plimit。第一电力转换装置5以不超过输出限制器值Plimit的方式限制输出功率。
第三模式M3是第一电力转换装置5在不超过输出限制器值Plimit的范围中进行MPPT控制、并且第二电力转换装置8停止的控制模式。
图2是用来说明有关实施方式的电力系统1的动作的时序图。在图2中，并网点功率Psite是直流链路发电系统1a向电力系统100的并网点输出的站点合成功率。过剩发电功率Pex是超过输出限制器值Plimit的发电量。总过剩发电电量Pextotal是将过剩发电功率Pex对时间进行积分得到的值。
输出功率Pgen是太阳能电池面板7发出的发电电量中的、从直流链路发电系统1a向电力系统100侧输出的输出部分。充电电量PCRG是太阳能电池面板7发出的发电电量中的充电至蓄电池10的充电电量部分。在实施方式中，充电电量PCRG与总过剩发电电量Pextotal一致。这是因为，在第二模式M2中第二电力转换装置8实施MPPT控制，能够最大限度提取太阳能电池面板7的过剩发电部分。
时刻t1、t2、t3、t4是为了方便而用来区别夜间、早晨、白天和傍晚的时刻。时刻t1相当于日出，时刻t4相当于日落。在图2的下部，按照时间序列表示了控制模式即模式设定信号S0的内容。另外，在图2中，作为一例，在夜间第一电力转换装置5和第二电力转换装置8的两者停止。
图4是用来说明有关比较例的电力系统1的动作的时序图。在比较例中，与实施方式不同，在时刻t1至时刻t4的整个期间中执行比较例模式M0。比较例模式M0的内容如下述的表2那样。
[表2]
在图4的比较例中，仅以限制过剩输出功率Pex的方式实施输出限制控制，不从太阳能电池面板7提取总过剩发电电量Pextotal。即，在图1中总过剩发电电量Pextotal作为充电电量PCRG进行提取，但在图4的比较例中不产生充电电量PCRG。因而，在比较例中，不得不放弃总过剩发电电量Pextotal的取得。
根据实施方式，如上述的表1所示，按照模式设定信号S0有选择地执行第一模式M1和第二模式M2。通过该模式切换，能够在第一电力转换装置5与第二电力转换装置8之间相互移交执行MPPT控制的权限。通过由第二电力转换装置8执行MPPT控制的第二模式M2，能够从太阳能电池面板7最大限度提取发电电力，并将该电力储存到蓄电池10中。
在比较例中，通过不向电力系统100侧进行输出的输出限制控制来限制总过剩发电电量Pextotal的输出，相对于此，在实施方式中能够将从太阳能电池面板7提取的总过剩发电电量Pextotal作为充电电量PCRG向蓄电池10蓄积。结果，白天期间中的电力系统1的总发电量成为Pgen与PCRG的合计，所以与图4的比较例相比能够使电力系统1的总发电量增大。
在实施方式中，第一电力转换装置5及第二电力转换装置8在图2的时刻t2，第一电力转换装置5将模式设定信号S0的内容从第一模式M1切换为第二模式M2。时刻t2是在进行第一模式M1的期间中、第一电力转换装置5的输出功率达到输出限制器值Plimit的时刻。由此，能够响应第一电力转换装置5成为需要开始输出限制控制的状态，即时且无缝地执行向第二模式M2的自动切换。
在图2所示的实施方式的一例中，第一电力转换装置5和第二电力转换装置8协调决定模式设定信号S0的内容，使得在早晨期间(时刻t1～t2)及傍晚期间(时刻t3～t4)中选择第一模式M1、在白天期间(时刻t2～时刻t3)选择第二模式M2。在早晨期间(时刻t1～t2)及傍晚期间(时刻t3～t4)中，第一电力转换装置5的输出电力比输出限制器值Plimit小。在白天期间(时刻t2～时刻t3)中，第一电力转换装置5的输出电力达到输出限制器值Plimit。
另外，在图2中，为了方便，在作为白天期间的从时刻t2至时刻t3的全程中持续产生过剩发电电力Pex，但这是一个例子。在实施方式中，有时在白天期间不产生过剩发电电力Pex、即有时在白天期间中输出功率Pgen低于输出限制器值Plimit。在这样的情况下，也可以带有时限而将模式设定信号S0的内容从第二模式M2变更为第一模式M1。即，也可以从发电量变少起经过规定时间后，将控制模式向第一模式M1变更。该规定时间例如既可以是默认值而是固定值，或者也可以能够进行可变设定。
在实施方式中，在图2的白天期间中，在进行第二模式M2的期间中蓄电池10成为满充电的情况下，第二电力转换装置8将模式设定信号S0的内容从第二模式M2向第三模式M3变更。蓄电池10成为满电量(即SOC100％)的情况可以从蓄电池10的BMU向第二电力转换装置8传递。如果蓄电池10成为满电量，则由第二电力转换装置8施加充电限制器。或者，也可以以使第二电力转换装置8停止、将第一电力转换装置5向第三模式M3切换的方式经由未图示的上位控制装置对控制指令进行交换。另外，作为该控制动作的变形例，也可以响应蓄电池10的满电量，代替第三模式M3而设定第一模式M1，在此情况下也可以将第三模式M3省略。
第二电力转换装置8可以构建为，在预先设定的早晨期间、预先设定的傍晚期间和预先设定的夜晚期间中的至少1个期间中进行放电控制。早晨期间预先设定为图2的从时刻t1到时刻t2的期间内。傍晚期间预先设定为图2的从时刻t3到时刻t4的期间内。由于在早晨和傍晚存在耗电变多的事例，所以能够通过蓄电池10补偿发电电力相对于耗电的不足量。夜晚期间是图2的从时刻t4到翌日早晨的时刻t1的期间。
图3是表示有关实施方式的变形例的电力系统1的结构的图。在图3的变形例中，设置有作为上位控制装置的主站点控制器(MSC)12。MSC12与第一电力转换装置5及第二电力转换装置8的两者可通信地连接。
对MSC12传递第一电力转换装置5的各种控制参数和第二电力转换装置8的各种控制参数。第一电力转换装置5的各种控制参数包括控制模式、输出交流电流、输出交流电压、输入直流电流、输入直流电压、有功功率输出和无功功率输出。第二电力转换装置8的控制参数包括控制模式、输出直流电流、输出直流电压、输入直流电流、输入直流电压和有功功率输出。蓄电池10的SOC等电池状态信息也可以经由第二电力转换装置8向MSC12传递。作为变形例，也可以直接从BMU向MSC12发送电池信息等。
在上述的图1的结构中，通过交换模式设定信号S0，实现通过第一电力转换装置5和第二电力转换装置8的协调控制进行的控制模式切换。与此相对照，在图3的变形例中，MSC12收发模式设定信号S1、S2，从而作为上位控制装置的MSC12实现第一电力转换装置5和第二电力转换装置8的协调控制。模式设定信号S1、S2是指示第一电力转换装置5及第二电力转换装置8应以第一模式M1、第二模式M2和第三模式M3中的哪个模式动作的信号。
除了上述的点以外，图3的系统结构和图1的系统结构是相同的，关于图1的系统结构记载的各种变形例也能够搭载至MSC12。即，也可以与图1的电力系统1同样地实施下述的控制动作。
在图2的时刻t2，MSC12可以将模式设定信号S1、S2的内容从第一模式M1切换为第二模式M2。MSC12可以以在早晨期间(时刻t1～t2)及傍晚期间(时刻t3～t4)中选择第一模式M1、在白天期间(时刻t2～时刻t3)中选择第二模式M2的方式决定模式设定信号S1、S2的内容。
在白天期间中输出功率Pgen低于输出限制器值Plimit的情况下，MSC12可以将模式设定信号S1、S2的内容从第二模式M2变更为第一模式M1。在图2的白天期间中，在进行第二模式M2的期间中蓄电池10成为满电量的情况下，MSC12可以将模式设定信号S1、S2的内容从第二模式M2向第三模式M3变更。
MSC12可以在预先设定的早晨期间、预先设定的傍晚期间和预先设定的夜晚期间中的至少1个期间中使第二电力转换装置8执行放电控制。在图3的系统结构中，也能够将MSC12构建为使其执行与图1的系统结构相同的控制动作。
标号说明
1电力系统；1a直流链路发电系统；2系统侧开闭器；3互连变压器；4交流侧开闭器；5第一电力转换装置；6直流侧开闭器；7太阳能电池面板；8第二电力转换装置；9蓄电用开闭器；10蓄电池；11防逆流二极管；100电力系统；M0比较例模式；M1第一模式；M2第二模式；M3第三模式；PCRG充电电量；Pex过剩发电功率；Pextotal总过剩发电电力；Pgen输出功率；Plimit输出限制器值；S0、S1、S2模式设定信号；X连接点。
Claims (4)
1.一种电力系统，其具有：太阳能电池面板；第一电力转换装置，其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，将所述交流电力向电力系统输出；蓄电池；以及第二电力转换装置，第一输入输出端连接于所述太阳能电池面板与所述第一电力转换装置之间的连接点，第二输入输出端与所述蓄电池连接，其构建为进行充放电控制，所述充放电控制包括通过所述连接点的直流电压对所述蓄电池进行充电的充电控制和将储存在所述蓄电池中的电力向所述连接点放出的放电控制；所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置构建为，有选择地执行第一模式和第二模式，所述第一模式是在所述第一电力转换装置和所述第二电力转换装置经由所述连接点连接的状态下所述第一电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制并且所述第二电力转换装置进行所述充放电控制的模式，所述第二模式是所述第一电力转换装置进行以不超过预先设定的输出限制器值的方式限制输出功率的不是MPPT控制的输出限制控制并且所述第二电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制的模式，所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置构建为，能够进一步选择第三模式，所述第三模式是所述第一电力转换装置在不超过所述输出限制器值的范围中进行MPPT控制并且所述第二电力转换装置停止的模式；所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置构建为，在进行所述第二模式的期间中所述蓄电池成为满电量的情况下，所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置将控制模式从所述第二模式向所述第三模式切换。
2.如权利要求1所述的电力系统，其中，所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置构建为，在进行所述第一模式的期间中，当所述第一电力转换装置的输出功率达到了所述输出限制器值时将所述第一模式切换为所述第二模式。
3.一种电力系统，其具有：太阳能电池面板；第一电力转换装置，其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，将所述交流电力向电力系统输出；蓄电池；第二电力转换装置，第一输入输出端连接于所述太阳能电池面板与所述第一电力转换装置之间的连接点，第二输入输出端与所述蓄电池连接，其构建为进行充放电控制，所述充放电控制包括通过所述连接点的直流电压对所述蓄电池进行充电的充电控制和将储存在所述蓄电池中的电力向所述连接点放出的放电控制；以及上位控制装置，与所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置连接；所述上位控制装置具有第一模式和第二模式，所述第一模式是在所述第一电力转换装置和所述第二电力转换装置经由所述连接点连接的状态下所述第一电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制并且所述第二电力转换装置进行所述充放电控制的模式，所述第二模式是所述第一电力转换装置进行以不超过预先设定的输出限制器值的方式限制输出功率的不是MPPT控制的输出限制控制并且所述第二电力转换装置进行对于所述太阳能电池面板的MPPT控制的模式；所述上位控制装置构建为，使所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置有选择地执行所述第一模式和所述第二模式，所述上位控制装置还具有第三模式，所述第三模式是所述第一电力转换装置在不超过所述输出限制器值的范围中进行MPPT控制并且所述第二电力转换装置停止的模式；所述上位控制装置构建为，在进行所述第二模式的期间中所述蓄电池成为满电量的情况下，将所述第二模式切换为所述第三模式。
4.如权利要求3所述的电力系统，其中，所述上位控制装置构建为，在进行所述第一模式的期间中，当所述第一电力转换装置的输出功率达到了所述输出限制器值时，将所述第一电力转换装置及所述第二电力转换装置的控制模式从所述第一模式切换为所述第二模式。
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