DE60036150T2

DE60036150T2 - Verfahren zum Betrieb einer Stromversorgungsanlage mit parallelgeschalteten Wechselrichtern und Stromwandlersystem

Info

Publication number: DE60036150T2
Application number: DE60036150T
Authority: DE
Inventors: Keigo Ora-gun Onizuka; Masaki Honjyo-shi Madenokoji; Isao Ora-gun Morita; Yasuhiro Osato-gun Makino
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: EP1047179B1; CN1271207A; US6285572B1; DE60036150D1; KR100686281B1; KR20000077045A; CN1185782C; EP1047179A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanlage, in der eine Gleichstromausgangsgröße einer Gleichstromquelle, deren elektrische Energie zunimmt und abnimmt, wie z.B. Solarzellen, Windkraftgeneratoren und Brennstoffzellen, durch eine Vielzahl von Wechselrichtern in eine Wechselausgangsgröße umgewandelt wird und zu einem System geliefert wird, und betrifft ein Verfahren zum Steuern der Wechselrichter mit hohem Wirkungsgrad. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein parallel geschaltetes System, in dem elektrische Energie, die durch eine Energieerzeugungseinrichtung wie z.B. Solarzellen erzeugt wird, durch Wechselrichter in elektrische Leistung umgewandelt wird, die einer kommerziellen Netzleistung entspricht, und an die kommerzielle Netzleistung ausgegeben wird.
Als solche Energieversorgungsanlage ist ein photovoltaisches Energieerzeugungssystem, das Solarzellen verwendet, im Allgemeinen bekannt. 6 ist ein Systemdiagramm eines herkömmlichen photovoltaischen Energieerzeugungssystems. Dieses photovoltaische Energieerzeugungssystem ist derart konfiguriert, dass eine Vielzahl von Solarzellen (Gleichstromquelle) 101 auf dem Dach eines Hauses angeordnet sind, Gleichstromausgangsgrößen, die von diesen Solarzellen 101 erzeugt werden, zu einer Ausgangsgröße durch einen Verteiler 102 gesammelt werden, und diese Gleichstromausgangsgröße dann durch einen Wechselrichter 103 in eine Wechselausgangsgröße umgewandelt wird. Anschließend wird die Leistung zum Abzweigstromkreis innerhalb des Hauses und zu einem Leistungssystem 106 zur kommerziellen Verwendung über eine Verteilertafel 104 geliefert. Im Übrigen bezeichnet die Bezugsziffer 105 eine Last im Haus, die mit dem Abzweigstromkreis verbunden ist.
Im Allgemeinen besitzt der Wechselrichter die Eigenschaft, dass sein Wirkungsgrad während einer niedrigen Ausgangsgröße extrem abfällt. Es bestand insofern ein Problem, als, wenn eine Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung durch einen einzelnen Wechselrichter entsprechend der vom photovoltaischen Energieerzeugungssystem erzeugten abgeschätzten maximalen Energie bewirkt wird, der Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlungswirkungsgrad während einer niedrigen Ausgangsgröße abfällt. Um ein solches Problem zu lösen, offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift ( JP-A) Nr. 6-165513 beispielsweise ein System, in dem eine Vielzahl von Wechselrichtern mit kleinen Ausgangsgrößen parallel geschaltet sind und die Anzahl von Wechselrichtern, die laufen, entsprechend der von den Solarzellen erzeugten Energie erhöht oder verringert wird, um den Abfall des Umwandlungswirkungsgrades während einer niedrigen Ausgangsgröße zu unterdrücken.
Außerdem wird in einem parallel geschalteten System die von einer Erzeugungsvorrichtung wie z.B. einem photovoltaischen Leistungsgenerator erzeugte Gleichstromleistung entsprechend einer kommerziellen Netzleistung durch die Wechselrichter in Wechselleistung umgewandelt und wird dann zur kommerziellen Netzleistung geliefert.
Mit den Wechselrichtern, die in einem solchen parallel geschalteten System verwendet werden, wird ein unabhängiger Betrieb aufgrund einer Dienstunterbrechung der kommerziellen Netzleistung verhindert und die Systemverbindung wird gegen eine Überspannung, eine Unterspannung, einen Frequenzanstieg und einen Frequenzabfall in der kommerziellen Netzleistung geschützt.
Mit den im parallel geschalteten System verwendeten Wechselrichtern ist der effizienteste Betrieb während der Ausgabe einer Nennleistung möglich. Mit dem Leistungsgenerator unter Verwendung von Solarzellen, werden jedoch, da die erzeugte Leistung aufgrund der Menge an Sonnenstrahlung und dergleichen zunimmt und abnimmt, die Wechselrichter einer Maximal-Leistungspunkt-Nachführregelung (MPPT-Regelung) unterzogen, so dass der Ausgangswirkungsgrad entsprechend der Zunahme oder Abnahme der erzeugten Leistung am höchsten wird, wenn die Eingangsleistung geringer ist als die Nennleistung.
Mit den Wechselrichtern, deren Ausgangsleistung groß ist, fällt, wie vorstehend beschrieben, der Ausgangswirkungsgrad extrem, wenn die Eingangsleistung in Bezug auf die Nennleistung übermäßig niedrig ist. Aus diesem Grund wurde ein Vorschlag gemacht, dass bei dem parallel geschalteten System eine Vielzahl von Wechselrichtern parallel geschaltet sind und die Anzahl von angetriebenen Wechselrichtern entsprechend der Eingangsleistung festgelegt wird, so dass, selbst wenn die erzeugte Leistung niedrig ist, die Wechselrichter effizient angetrieben werden können.
Mit dem herkömmlichen Verfahren wird die Anzahl von Wechselrichtern, die angetrieben werden, nur entsprechend der Ausgangsleistung bestimmt und die Auswahl der Wechselrichter, die angetrieben werden, wird nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund werden nur spezielle Wechselrichter während einer niedrigen Ausgangsgröße angetrieben und die anderen Wechselrichter werden nur angetrieben, wenn die Ausgangsgröße zugenommen hat, mit dem Ergebnis, dass die Laufzeit der speziellen Wechselrichter länger wird als jene der anderen Wechselrichter. Daher bestand ein insofern ein Problem, als die Betriebslebensdauer der speziellen Wechselrichter mit einer langen Laufzeit früher abläuft als die der anderen Wechselrichter.
Ferner bestand insofern ein Problem, als, wenn spezielle Wechselrichter unter der Vielzahl von Wechselrichtern nicht wirksam sind, das gesamte System nicht arbeitet.
Außerdem besteht insofern ein Problem, als, wenn die jeweiligen Ausgangsleistungen der Vielzahl von Wechselrichtern individuell gesteuert werden, im Gegenteil der Umwandlungswirkungsgrad in Abhängigkeit von der erzeugten Leistung, der Anzahl von angetriebenen Wechselrichtern und so weiter abfällt. Wenn die individuellen Wechselrichter separat mit einem Systemintegrationsschutz versehen sind, bestehen ferner, wenn die Vielzahl von Wechselrichtern parallel laufen, Fälle, in denen ihre gegenseitigen Ausgangsgrößen und Schutzoperationen einander stören, was einen geeigneten Schutz unmöglich macht.
KUROKAWA K; KAMISAKO K; SHIMIZU T: "Conceptual considerations an PV systems composed of AC modules" SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, Band 47, Nr. 1-4, Seiten 243–250, XP004099644 AMSTERDAM, THE NETHERLANDS, offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Folglich stellen die Ausführungsbeispiele der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanlage mit einer Vielzahl von Wechselrichtern bereit, so dass die Wechselrichter mit hohem Wirkungsgrad angetrieben werden, wodurch die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik angegangen werden.
Dazu stellt das Verfahren gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanlage (12) mit einer Vielzahl von Wechselrichtern (14), die mit einer Gleichstromquelle (1) parallel geschaltet sind, deren erzeugte elektrische Energie zunimmt oder abnimmt, bereit, wobei die Wechselrichter eine elektrische Ausgangsgröße von der Gleichstromquelle in eine frequenz- und spannungsgesteuerte Wechselleistung umwandeln und die Wechselleistung an ein System ausgeben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Festlegen von einem der Wechselrichter (14), so dass er als Mastereinheit dient, und der anderen Wechselrichter, so dass sie als Slawe-Einheiten dienen, wobei die Mastereinheit die Slawe-Einheiten steuert; Ermöglichen, dass die Mastereinheit die Slawe-Einheiten auf der Basis von mindestens einer von einer Zunahme oder Abnahme der elektrischen Energie von der Gleichstromquelle und einer Zunahme oder Abnahme der aus den Wechselrichtern ausgegebenen Wechselleistung steuert; und Betreiben der Mastereinheit derart, dass die Menge an Wechselleistung, die aus der Mastereinheit ausgegeben wird, entsprechend einer Zunahme oder Abnahme der Menge an elektrischer Leistung, die aus der Gleichstromquelle ausgegeben wird, zunimmt oder abnimmt, und Betreiben der Slawe-Einheiten auf einem vorbestimmten Standardwert.
Eine solche Festlegung durch die Mastereingabe kann auf der Basis von integrierten Werten der Laufzeiten der Wechselrichter oder ihrer Mengen an Ausgangsleistung bewirkt werden.
Folglich können die integrierten Werte der Laufzeiten oder Ausgangsleistungen unter der Vielzahl von Wechselrichtern im Wesentlichen ausgeglichen werden und es ist möglich zu verhindern, dass die Laufzeiten von speziellen Wechselrichtern lang werden.
Vorzugsweise sind die Wechselrichter jeweils mit Fernsteuerungen zum Fernsteuern verbunden und die Fernsteuerungen sind in einer solchen Weise miteinander verbunden, dass sie in der Lage sind, Signale zueinander und voneinander zu senden und zu empfangen. Der Betrieb der Wechselrichter kann durch die Fernsteuerungen bewirkt werde.
Ferner kann die Reihenfolge der als nächstes zu betreibenden Slawe-Einheiten unter Verwendung von Zufallszahlen zufällig festgelegt werden.
Ferner kann die Reihenfolge der als nächstes zu betreibenden Slave-Einheiten in aufsteigender Reihenfolge der Laufzeiten derselben festgelegt werden.
Ferner kann die Reihenfolge der als nächstes zu betreibenden Slawe-Einheiten in aufsteigender Reihenfolge der Mengen an Ausgangsleistung derselben festgelegt werden.
Ferner stellt das System zum Umwandeln von Gleichstromleistung in Wechselleistung gemäß der Erfindung ein effizientes parallel geschaltetes System bereit, in dem eine Vielzahl von Wechselrichtern parallel geschaltet sind und elektrische Leistung, die von einem Generator erzeugt wird, in elektrische Leistung umgewandelt wird, die einer kommerziellen Netzleistung entspricht, und durch die Wechselrichter ausgegeben wird, wodurch die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik angegangen werden.
Das System zum Umwandeln von Gleichstromleistung in Wechselleistung gemäß der Erfindung umfasst eine Vielzahl von Wechselrichtern (14), die parallel geschaltet sind, wobei jeder Wechselrichter dazu ausgelegt ist, Gleichstromleistung zu empfangen und die Gleichstromleistung in Wechselleistung umzuwandeln; wobei es ferner eine Steuerung (50) umfasst, die mit den Wechselrichtern verbunden ist und den Betrieb der Wechselrichter (14) auf der Basis der verfügbaren Gleichstromleistung steuert, wobei die Steuerung eine Einrichtung aufweist, um zu bewirken, dass mehr Wechselrichter laufen, wenn ausreichend Gleichstromleistung zur Verfügung steht, und weniger Wechselrichter laufen, wenn unzureichend Gleichstromleistung zur Verfügung steht, wobei die Steuerung eine Einrichtung zum Betreiben von irgendeinem der Wechselrichter, so dass die Menge an Wechselleistung, die aus dem irgendeinen der Wechselrichter ausgegeben wird, entsprechend einer Zunahme oder Abnahme der Menge an elektrischer Leistung, die aus der Gleichstromquelle ausgegeben wird, zunimmt oder abnimmt, und zum Betreiben der restlichen der Wechselrichter auf einem vorbestimmten Standardwert, aufweist.
Wenn zwei oder mehr Wechselrichter laufen, wird vorzugsweise veranlasst, dass irgendeiner der Wechselrichter beispielsweise eine MPPT-Regelung bewirkt, und es wird veranlasst, dass die anderen Wechselrichter einen Nennbetrieb bewirken.
Im Vergleich zu dem Fall, in dem individuelle Wechselrichter eine MPPT-Regelung bewirken, kann folglich ein effizienter Betrieb möglich sein. Ferner ist es möglich zu verhindern, dass eine Zunahme oder Abnahme der Ausgangsleistung von irgendeinem der Wechselrichter, wobei die Zunahme oder Abnahme durch eine MPPT-Regelung bewirkt werden würde, die durch die individuellen Wechselrichter bewirkt wird, den Betrieb der anderen Wechselrichter beeinflusst.
Vorzugsweise ist die Steuerung zum Bewirken eines geschützten Betriebs der Vielzahl von Wechselrichtern durch eine Schutzeinrichtung, die in mindestens einem der Wechselrichter vorgesehen ist, wenn mindestens zwei der Wechselrichter laufen, angeordnet.
Wenn eine Vielzahl von Wechselrichtern laufen, wird der Systemverbindungsschutz der anderen Wechselrichter vorzugsweise in Bezug auf den unabhängigen Betrieb sowie eine Überspannung, Unterspannung, einen Frequenzanstieg und Frequenzabfall der kommerziellen Netzleistung unter Verwendung der Schutzeinrichtung von irgendeinem der Wechselrichter durchgeführt. Der Systemverbindungsschutz der Vielzahl von Wechselrichtern wird nämlich gemeinsam durch die Schutzeinrichtung von irgendeinem der Wechselrichter bewirkt.
Folglich kann es möglich sein, eine Situation zu verhindern, in der Probleme auftreten, wie z.B. dass die Schutzbetriebszeitsteuerung aufgrund eines Systemverbindungsschutzes, der durch eine Vielzahl von Wechselrichtern bewirkt wird, abweicht, oder es für irgendeinen Wechselrichter unmöglich wird, den Systemverbindungsschutz aufgrund der Abweichung dieser Schutzbetriebszeitsteuerung geeignet zu bewirken.
Die in diesem Aspekt der Erfindung verwendete Steuereinrichtung kann eine Anordnung übernehmen, in der eine Mastereinheit festgelegt wird und diese Mastereinheit zum Bewirken einer MPPT-Regelung oder eines Systemverbindungsschutzes dient.
Außerdem kann die Steuereinrichtung Fernsteuerungen, die jeweils mit der Vielzahl von Wechselrichtern verbunden sind, und Kommunikationseinrichtungen zum Verbinden der Fernsteuerungen miteinander umfassen.
Folglich kann es möglich sein, den Betrieb der Vielzahl von Wechselrichtern ohne Vorsehen einer Steuereinrichtung zur ausschließlichen Verwendung genau zu steuern.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und dessen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, in denen gilt:
1 ist ein Blockdiagramm einer Energieversorgungsanlage, die als parallel geschaltetes System verwendet wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Struktur eines Wechselrichters darstellt, der in der Energieversorgungsanlage verwendet wird;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Fernsteuerung darstellt, die in der Energieversorgungsanlage verwendet wird;
4 ist ein Ablaufplan, der eine Steuerroutine für die Energieversorgungsanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt;
5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Änderung der Menge an Ausgangsleistung einer Gleichstromquelle darstellt;
5B ist ein Ablaufplan; der den Betrieb der Wechselrichter gemäß 5A darstellt; und
6 ist ein Diagramm einer Systemstruktur einer herkömmlichen photovoltaischen Energieerzeugungsanlage.
Nachstehend wird eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben. 1 zeigt eine schematische Struktur einer Energieversorgungsanlage 12. In dieser Energieversorgungsanlage 12 sind eine Vielzahl von Wechselrichtern 14 (beispielsweise drei Wechselrichter 14A bis 14C) mit einer Gleichstromquelle 1 (z.B. Solarzellen, die aus einer Vielzahl von Modulen bestehen) parallel geschaltet.
Die Eingangsseite jedes Wechselrichters 14 ist mit der Gleichstromquelle 1 über einen Magnetschalter 18 (18A, 18B, 18C) eines Latch-Typs verbunden, wobei das Öffnen und Schließen des Kontakts abwechselnd umgestellt wird.
Die Ausgangsseite ist mit einer kommerziellen Netzleistung 16 verbunden. In dieser Weise bildet die Energieversorgungsanlage 12 eine parallel geschaltete Energieerzeugungsanlage, in der aus der Gleichstromquelle 1 ausgegebene Gleichstromleistung in eine Wechselleistung mit einer Frequenz, die dieselbe wie jene der kommerziellen Netzleistung 16 ist, durch die Wechselrichter 14 umgewandelt wird, und die Wechselleistung wird an einen Abzweigstromkreis 15 ausgegeben, der mit der kommerziellen Netzleistung 16 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, in dem die drei Wechselrichter 14A, 14B, 14C (diese Wechselrichter werden als Wechselrichter 14 bezeichnet, wenn nicht anders festgelegt) mit jeweils einer Ausgangsgröße von 4,0 kW für die Gleichstromquelle 1 verwendet werden, deren maximale Ausgangsleistung 12 kW ist.
Wie in 2 gezeigt, weist der Wechselrichter 14 eine Wechselrichterschaltung 20 und einen Mikrocomputer 22 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 20 auf. Die in den Wechselrichter 14 über den Magnetschalter 18 eingegebene Gleichstromleistung wird über ein Rauschfilter 26 zur Wechselrichterschaltung 20 geliefert.
Die in die Wechselrichterschaltung 20 eingegebene Gleichstromleistung wird in eine Wechselleistung mit einer Frequenz, die zu jener der kommerziellen Netzleistung 16 im Wesentlichen identisch ist, durch die Wechselrichterschaltung 20 umgewandelt und die Wechselleistung wird ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt schaltet die Wechselrichterschaltung 20 die Gleichstromleistung auf der Basis der Theorie der Impulsbreitenmodulation (PWM) um und gibt eine Pseudosinuswelle mit einer Frequenz, die zu jener der kommerziellen Netzleistung 16 im Wesentlichen identisch ist, aus. Die aus der Wechselrichterschaltung 20 ausgegebene Wechselleistung wird derart gesteuert, dass deren Spannung 5 bis 10 Volt höher wird als die von der kommerziellen Netzleistung 16 gelieferte Spannung, und wird durch ein transformatorloses System über eine Filterschaltung 28, ein Rauschfilter 29 und einen Kontaktgeber 30 zum Abzweigstromkreis 15 geliefert.
Mit dem Mikrocomputer 22 sind eine Eingangsspannungserfassungseinheit 32, die aus einem Isolationsverstärker gebildet ist, zum Erfassen der in die Wechselrichterschaltung 20 eingegebenen Gleichspannung, eine Eingangsstromerfassungseinheit 34, die aus einem Stromtransformator (CT) gebildet ist, zum Erfassen des Gleichstroms, eine Ausgangsstromerfassungseinheit 38, die aus einem Stromtransformator (CT) gebildet ist, zum Erfassen des aus der Wechselrichterschaltung 20 ausgegebenen Wechselstroms und eine Spannungswellenformerfassungseinheit 40 zum Erfassen der Systemspannung und Spannungswellenform in der kommerziellen Netzleistung 16 durch einen Potentialtransformator (PT) verbunden.
Auf der Basis der von der Eingangsspannungserfassungseinheit 32 und von der Eingangsstromerfassungseinheit 34 erfassten Gleichstromleistung und der von der Spannungswellenformerfassungseinheit 40 erfassten Spannung steuert der Mikrocomputer 22 die relative Einschaltdauer eines Schaltsignals zum Ansteuern eines nicht dargestellten Schaltelements der Wechselrichterschaltung 20.
Folglich gibt der Wechselrichter 14 Wechselleistung aus, deren Phase mit der Phase der kommerziellen Netzleistung 16 übereinstimmt, deren Frequenz mit der Frequenz der kommerziellen Netzleistung 16 übereinstimmt, und deren Spannung 5 bis 10 Volt höher ist als die Spannung der kommerziellen Netzleistung 16. Es wird veranlasst, dass die Phase der aus dem Wechselrichter ausgegebenen Wechselleistung mit der Phase der kommerziellen Netzleistung 16 übereinstimmt, indem der Nulldurchgang von der erfassten Wellenform eines Spannungswellenformerfassungsabschnitts 40 bestimmt wird und veranlasst wird, dass der Nulldurchgang einer Pseudosinuswellenformwelle mit dem Nulldurchgang der erfassten Wellenform übereinstimmt. Es sollte beachtet werden, dass die aus der Wechselrichterschaltung 20 ausgegebene Wechselleistung eine Sägezahnwellenform aufweist, und da die Filterschaltung 28 harmonische Komponenten aus der Ausgangsspannung von der Wechselrichterschaltung 20 beseitigt, wird die Wechselleistung einer Sinuswelle aus dem Wechselrichter 14 ausgegeben.
Unterdessen wird der Kontaktgeber 30 durch den Mikrocomputer 22 gesteuert und der Mikrocomputer 22 bewirkt die Verbindung und Trennung zwischen dem Wechselrichter 14 und der kommerziellen Netzleistung 16 mittels dieses Kontaktgebers 30.
Wenn die Ausgangsleistung aus der Gleichstromquelle 1 beispielsweise klein ist und der Betriebslauf des Wechselrichters 14 gestoppt wird, da die von den Solarzellenmodulen erzeugte Energie klein ist oder keine Leistung erzeugt wird, trennt folglich der Mikrocomputer 22 den Wechselrichter 14 von der kommerziellen Netzleistung 16 und verbindet den Wechselrichter 14 und die kommerzielle Netzleistung 16, unmittelbar bevor der Wechselrichter 14 wieder zu laufen beginnt.
Wenn aus der durch die Spannungswellenformerfassungseinheit 40 erfassten Spannungswellenform festgestellt wird, dass die kommerzielle Netzleistung 16 sich in einem Zustand einer Dienstunterbrechung befindet, trennt der Mikrocomputer 22 außerdem schnell den Wechselrichter 14 von der kommerziellen Netzleistung 16 mittels des Kontaktgebers 30, um den unabhängigen Betrieb und dergleichen des Wechselrichters 14 zu verhindern. Ferner bewirkt der Mikrocomputer 22 einen Schutz des Wechselrichters 14 vor einer Überspannung (OVR), einer Unterspannung (UVR), einem Frequenzanstieg (OFR), einem Frequenzabfall (UFR) und einem unabhängigen Betrieb. Es sollte beachtet werden, dass hinsichtlich der Wechselrichter 14 herkömmlich bekannte Strukturen und Steuerverfahren angewendet werden können, und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird in diesem Ausführungsbeispiel verzichtet.
Wie in 1 gezeigt, sind in der Energieversorgungsanlage 12 Fernsteuerungen 50 (50A, 50B und 50C) jeweils mit den Wechselrichtern 14 verbunden.
Wie in 3 gezeigt, ist jede Fernsteuerung 50 mit einer Steuereinheit 52 mit einem Mikrocomputer, einer Anzeigeeinheit 54 unter Verwendung einer LCD oder dergleichen und einer Leistungsversorgungsschaltung 56 versehen. Die Anzeigeeinheit 54 und die Leistungsversorgungsschaltung 56 sind mit der Steuereinheit 52 verbunden. Ferner ist die Fernsteuerung 50 mit einer Einstellschaltereinheit 58 und einem Kommunikationsverbindungselement 60 versehen und diese Einheiten sind mit der Steuereinheit 52 verbunden.
Die Leistungsversorgungsschaltung 56 ist mit einer nicht dargestellten Batterie zur Reserve versehen und ist mit der kommerziellen Netzleistung 16 verbunden, so dass die Fernsteuerung 50 durch Leistung betrieben wird, die von der kommerziellen Netzleistung 16 geliefert wird. Die Gleichstromleistung wird nämlich nicht in die Fernsteuerung 50 von der Gleichstromquelle 1 eingegeben, so dass die Fernsteuerung 50 betriebsfähig ist, selbst wenn sich der Wechselrichter 14 in einem gestoppten Zustand befindet.
Der Mikrocomputer 22 des Wechselrichters 14 ist mit dem Kommunikationsverbindungselement 60 der Fernsteuerung 50 verbunden. Folglich ist die Fernsteuerung 50 zu einer Verwaltung des Betriebs wie z.B. der Integration der Menge an Ausgangsleistung vom Wechselrichter 14 in der Lage. Wenn der Wechselrichter 14 aufgrund des Stoppens des unabhängigen Betriebs den Betriebslauf stoppt, wird außerdem diese Information vom Mikrocomputer 22 in die Fernsteuerung 50 eingegeben.
Wie in 1 gezeigt, sind ferner die Fernsteuerungen 50 mit einer Ansteuerschaltung 62 zum Ein- und Aussteuern der Magnetschalter 18 verbunden.
Wenn der Magnetschalter 18 ausgeschaltet ist, wird die Gleichstromleistung nicht in den Wechselrichter 14 eingegeben, so dass der Wechselrichter 14 stoppt, wohingegen, wenn der Magnetschalter 18 eingeschaltet ist, um die Gleichstromleistung zum Wechselrichter 14 zu liefern, der Betriebslauf des Wechselrichters 14 möglich wird.
Jede Fernsteuerung 50 schaltet den Magnetschalter 18 aus, wenn sie ein Steuersignal zum Anweisen des Stoppens des Betriebslaufs des Wechselrichters 14 an den Mikrocomputer 22 ausgibt, und schaltet den Magnetschalter 18 ein, wenn sie ein Signal zum Anweisen des Starts von dessen Betriebslauf ausgibt. Es sollte beachtet werden, dass der Mikrocomputer 22 den Magnetschalter 18 auf der Basis eines Betriebsbefehls (d.h. eines Laufstartbefehls oder eines Laufstoppbefehls), der in den Mikrocomputer 22 von der Fernsteuerung 50 eingegeben wird, ein- und ausschalten kann.
Das Kommunikationsverbindungselement 60 jeder Fernsteuerung 50 ist mit den anderen Fernsteuerungen durch Kommunikationsleitungen 64 verbunden. Zu dieser Zeit sind die Fernsteuerungen 50 durch die Kommunikationsleitungen 64 zur ausschließlichen Verwendung verbunden, um beispielsweise eine Schleife zu bilden.
Folglich wird der Austausch von Informationen über die Betriebslaufzustände der miteinander verbundenen Wechselrichter 14A, 14B und 14C unter den Fernsteuerungen 50A, 50B und 50C möglich.
In der Energieversorgungsanlage 12, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, ist die bereitgestellte Anordnung derart, dass irgendeiner der Wechselrichter 14 als Mastereinheit dient und zusammen mit der Fernsteuerung 50, die mit der Mastereinheit verbunden ist, den Betrieb der anderen Wechselrichter 14, die als Slave-Einheiten dienen, steuert. Es sollte beachtet werden, dass die Festlegung der Mastereinheit und der Slave-Einheiten durch nicht dargestellte Kippschalter möglich ist, die in den Einstellschaltereinheiten 58 der Fernsteuerungen 50 vorgesehen sind, die mit den jeweiligen Wechselrichtern 14 verbunden sind, aber im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in dem die Mastereinheit nicht festgelegt ist. Im Übrigen werden die Kippschalter als Schalter zum Einstellen von Adressen zum Festlegen der Fernsteuerungen 50 verwendet.
Die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der als Mastereinheit dienen soll, wird in einen Zustand gesetzt, in dem die Magnetschalter 18A, 18B und 18C geschlossen sind, um zu ermöglichen, dass irgendeiner der Wechselrichter 14 durch die von der Gleichstromquelle 1 gelieferte Leistung laufen kann. Dann wird der Wechselrichter 14, der anfänglich den Betriebslauf gestartet hat, wenn die Solarzellenmodule, d.h. die Gleichstromquelle 1, begonnen hat, Elektrizität zu erzeugen, zur Mastereinheit und die Mastereinheit und die Slave-Einheiten werden festgelegt, wenn die Fernsteuerung 50, die mit diesem Wechselrichter 14 verbunden ist, die Ankündigung dessen, dass er die Mastereinheit ist, an die anderen Fernsteuerungen über Signalleitungen durchführt.
Anschließend setzt die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der als Mastereinheit festgelegt wurde, den Wechselrichter, der als Mastereinheit festgelegt wurde, in einen konstant laufenden Zustand und betreibt die Wechselrichter 14, die als Slave-Einheiten festgelegt wurden, entsprechend der Zunahme oder Abnahme der Ausgangsleistung der Gleichstromquelle 1.
Um die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der anfänglich als Mastereinheit dient, ohne Verwendung des Kippschalters der Einstellschaltereinheit 58 zu setzen, wird außerdem das Setzen in dem Zustand durchgeführt, in dem die Magnetschalter 18A, 18B und 18C geschlossen sind, um zu ermöglichen, dass beliebige der Wechselrichter 14 durch die von der Gleichstromquelle 1 gelieferte Leistung laufen können. Anschließend wird der Wechselrichter 14, der anfänglich zu laufen begann, als die Solarzellenmodule, d.h. die Gleichstromquelle 1, begannen Elektrizität zu erzeugen, als Mastereinheit festgelegt.
Die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der somit als Mastereinheit festgelegt wurde, legt zuerst die restlichen Wechselrichter 14 als Slave-Einheiten fest, so dass die anderen Wechselrichter 14 nicht starten. Anschließend setzt die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der als Mastereinheit festgelegt wurde, den Wechselrichter 14, der als Mastereinheit festgelegt wurde, in den konstant laufenden Zustand, und betreibt die Wechselrichter 14, die als Slave-Einheiten festgelegt wurden, entsprechend der Zunahme oder Abnahme der Ausgangsleistung der Gleichstromquelle 1.
Unterdessen wird in der Energieversorgungsanlage 12 der Wechselrichter 14, der als nächste Mastereinheit festgelegt werden soll, beim täglichen Aussetzen des Betriebslaufs, beispielsweise auf der Basis von Informationen hinsichtlich des Betriebs, wie z.B. integrierter Werte der Ausgangsleistung (Mengen an Ausgangsleistung) der Wechselrichter 14A bis 14C und der integrierten Werte von Laufzeiten, festgelegt, so dass die integrierten Werte der Mengen an Ausgangsleistung und die Laufzeiten unter den Wechselrichtern 14A bis 14C ausgeglichen werden.
Der Wechselrichter 14, dessen Menge an Ausgangsleistung oder dessen Laufzeit das Minimum ist, wird nämlich als Wechselrichter 14 verwendet, der als nächste Mastereinheit festgelegt werden soll.
Wenn die Wechselrichter 14, die als Slave-Einheiten festgelegt sind, gestoppt werden, geben aus diesem Grund die Fernsteuerungen 50, die mit den Wechselrichtern 14 verbunden sind, die als Slave-Einheiten festgelegt sind, die integrierten Werte der Ausgangsleistung (Mengen an Ausgangsleistung) dieser Wechselrichter 14 an die Fernsteuerung 50 aus, die mit dem als Mastereinheit festgelegten Wechselrichter 14 verbunden ist.
Wenn die Gleichstromleistung von der Gleichstromquelle 1 gestoppt wird, stoppt die Fernsteuerung 50, die mit dem als Mastereinheit festgelegten Wechselrichter 14 verbunden ist, den damit verbundenen Wechselrichter 14 und berechnet die Menge an Ausgangsleistung dieses Wechselrichters 14. Anschließend wird ein Vergleich zwischen den Mengen an Ausgangsleistung der jeweiligen Wechselrichter 14 durchgeführt und der Wechselrichter 14, dessen Menge an Ausgangsleistung das Minimum ist, wird als nächste Mastereinheit festgelegt, woraufhin die Verarbeitung endet.
Es sollte beachtet werden, dass als Verfahren zum Festlegen der nächsten Mastereinheit eine Anordnung bereitgestellt werden kann, so dass die Mastereinheit unter Verwendung von Zufallszahlen zufällig festgelegt wird.
Wenn die Energieversorgungsanlage 12 das nächste Mal gestartet wird, steuert folglich die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der neu als Mastereinheit festgelegt wurde, den Betrieb der Wechselrichter 14.
Der Wechselrichter 14, der als Mastereinheit festgelegt wurde, bewirkt eine Maximal-Leistungspunkt-Nachführregelung (MPPT-Regelung) zum Abrufen einer maximalen Ausgangsgröße, indem er der Zunahme und Abnahme der eingegebenen Gleichstromleistung folgt. Außerdem werden die Wechselrichter 14, die als Slave-Einheiten festgelegt wurden, einer Konstantenergiesteuerung zum konstanten Erhalten von maximalen Ausgangsgrößen unterzogen. Die Fernsteuerung 50 des Wechselrichters 14, der als Mastereinheit festgelegt wurde, betreibt die Slave-Wechselrichter 14 und öffnet und schießt die Magnetschalter 18 entsprechend der Zunahme und Abnahme der Ausgangsgröße der Gleichstromquelle 1, so dass die Slave-Wechselrichter 14 einer Konstantenergiesteuerung unterzogen werden können.
Wie in 1 gezeigt, ist zu dieser Zeit jeder Wechselrichter 14 mit einer Ladestrom-Unterdrückungsschaltung 66 (in 2 nicht gezeigt) versehen, um eine vorübergehende Variation der Spannung der Gleichstromquelle 1 aufgrund des Aufladens eines Kondensators mit großer Kapazität, der auf der Gleichstromseite des Wechselrichters 14 vorgesehen ist, zu verhindern, wenn der Magnetschalter 18 eingeschaltet wird.
Mit der Energieversorgungsanlage 12 bewirkt außerdem die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der als Mastereinheit festgelegt wurde, gemeinsam die Verhinderung des unabhängigen Betriebs sowie den verbundenen Schutz in Bezug auf die Überspannung (OVR), Unterspannung (UVR), den Frequenzabfall (UFR) und den Frequenzanstieg (OFR), um eine Störung und Funktionsstörung zu verhindern, die aufgrund des verbundenen Schutzes, der separat durch die jeweiligen Wechselrichter 14 bewirkt wird, auftritt.
In dieser Energieversorgungsanlage 12 wird zuerst die Festlegung der Mastereinheit der Wechselrichter 14 durchgeführt. Bei der Festlegung der Mastereinheit werden durch die Kippschalter der Einstellschaltereinheiten 58, die in den Fernsteuerungen 50 vorgesehen sind, die mit den jeweiligen Wechselrichtern 14 verbunden sind, Adressen gesetzt. Es sollte beachtet werden, dass eine Mastereinheit als Anfangswert festgelegt werden kann.
Wenn die Mastereinheit und die Slave-Einheiten automatisch festgelegt werden, werden außerdem die Magnetschalter 18A bis 18C in dem Zustand eingeschaltet, in dem die Ausgabe der Gleichstromquelle 1 gestoppt ist, so dass die Wechselrichter 14 laufen können. Wenn die Gleichstromquelle 1 in diesem Zustand die Ausgabe der Gleichstromleistung beispielsweise beim Sonnenaufgang startet, starten die Wechselrichter 14A bis 14C den Betriebslauf mit geringfügigen Zeitverzögerungen. Wenn irgendeiner der Wechselrichter 14 zu laufen beginnt, wird zu diesem Zeitpunkt ein Signal, das den Start des Betriebslaufs darstellt, an die Fernsteuerung 50 ausgegeben.
Die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der anfänglich zu laufen begann, gibt Steuersignale an die anderen Fernsteuerungen 50 aus, so dass die anderen Wechselrichter 14 nicht starten. Folglich wird der Wechselrichter 14, der zuerst zu laufen begann, zur Mastereinheit und die anderen Wechselrichter 14 werden als Slawe-Einheiten festgelegt.
Wenn die Festlegung der Mastereinheit und der Slawe-Einheiten somit unter den Fernsteuerungen 50A bis 50C, die mit den Wechselrichtern 14A bis 14C verbunden sind, vollendet ist, wird der Betrieb der Wechselrichter 14A bis 14C entsprechend der aus der Gleichstromquelle 1 ausgegebenen Gleichstromleistung gesteuert.
Der in 4 gezeigte Ablaufplan stellt einen Umriss der Steuerung der Wechselrichter 14A bis 14C durch die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der als Mastereinheit festgelegt wurde, dar.
Mit Bezug nun auf 4 wird eine Beschreibung unter der Annahme gegeben, dass der Wechselrichter 14A, der mit der Fernsteuerung 50A verbunden ist, als Mastereinheit festgelegt ist und dass die Mengen an Ausgangsleistung, a0 kWh, b0 kWh und c0 kWh der Wechselrichter 14A, 14B und 14C derart sind, dass a0 < b0 < c0. Folglich bewirkt die mit dem Wechselrichter 14A verbundene Fernsteuerung 50A eine Steuerung in einer solchen Weise, dass sie nacheinander die Wechselrichter 14B und 14C startet, wenn die Gleichstromleistung (Ausgangsleistung Q), die von der Gleichstromquelle 1 ausgegeben wird, zunimmt, und in einer solchen Weise, dass sie nacheinander die Wechselrichter 14C und 14B abschaltet, wenn die Ausgangsleistung Q abnimmt. Nachstehend wird eine Beschreibung durch Bezugnahme auf den Wechselrichter 14A als "Mastereinheit" und die Wechselrichter 14B und 14C als "Slave-Einheit b" bzw. "Slawe-Einheit c" gegeben und die Schritte des Ablaufplans werden durch Zahlen angegeben.
Die Fernsteuerung 50A, die mit der Mastereinheit verbunden ist, schaltet den Magnetschalter 18A ein, um die Mastereinheit in einen lauffähigen Zustand zu versetzen (Schritt 200). Wenn die Gleichstromquelle 1 die Ausgabe der Gleichstromleistung beim Sonnenaufgang startet, läuft die Mastereinheit folglich zum Ausgeben der Wechselleistung.
Bei der Bestätigung, dass die Mastereinheit den Betriebslauf begonnen hat (JA in der Feststellung in Schritt 202), liest die mit der Mastereinheit verbundene Fernsteuerung 50A die Eingangsleistung in die Mastereinheit, d.h. die Ausgangsleistung Q (Schritt 204). Die mit der Mastereinheit verbundene Fernsteuerung 50A bestätigt dann, ob die Ausgangsleistung Q die Leistung Q1, bei der die folgende Slawe-Einheit b auch laufen kann, erreicht hat oder nicht (Schritt 206), oder ob die Gleichstromquelle 1 gestoppt hat und die Ausgabe der Gleichstromleistung aufgehört hat oder nicht (Schritt 208).
Wenn die Ausgangsleistung Q aus der Gleichstromquelle 1 zugenommen hat und die Leistung Q1 erreicht hat, bei der die Slawe-Einheit b auch laufen kann (JA in der Feststellung in Schritt 206), wird die Fernsteuerung 50B, die mit der Slave-Einheit b verbunden ist, eingeschaltet (Schritt 210). Nachdem sie eingeschaltet ist, schaltet die Fernsteuerung 50B, die mit der Slawe-Einheit b verbunden ist, den Magnetschalter 18B ein, so dass die Slawe-Einheit b zu laufen beginnt.
Wie in 5B gezeigt, werden folglich in der Energieversorgungsanlage 12 die Mastereinheit und die Slave-Einheit b gesteuert, um die Ausgangsleistung Q von der Gleichstromquelle 1 in eine Wechselleistung umzuwandeln. In dem in 4 gezeigten Ablaufplan wird die Ausgangsleistung Q von der Gleichstromquelle 1 dann gelesen (Schritt 212) und eine Bestätigung wird hinsichtlich dessen durchgeführt, ob diese Ausgangsleistung die Leistung Q2 erreicht hat oder nicht, bei der die nächste Slave-Einheit c auch laufen kann (Schritt 214), oder ob die Ausgangsleistung Q auf die Leistung Q1 abgefallen ist oder nicht, bei der die Slave-Einheit b ausgeschaltet wird (Schritt 216).
Wenn die Ausgangsleistung Q von der Gleichstromquelle 1 die Leistung Q2 erreicht hat, bei der die Slave-Einheit c laufen kann (JA in der Feststellung in Schritt 214), wird hier die Fernsteuerung 50C, die mit der Slave-Einheit c verbunden ist, eingeschaltet (Schritt 218). Nachdem sie eingeschaltet ist, schaltet die mit der Slave-Einheit c verbundene Fernsteuerung 50C den Magnetschalter 18C ein, so dass die Slave-Einheit c zu laufen beginnt.
Wie in 5B gezeigt, wird folglich in der Energieversorgungsanlage 12 die Ausgangsleistung Q aus der Gleichstromquelle 1 in eine Wechselleistung umgewandelt und wird durch die Mastereinheit und die Slave-Einheiten b und c ausgegeben.
Anschließend wird in dem in 4 gezeigten Ablaufplan die Ausgangsleistung Q von der Gleichstromquelle 1 gelesen (Schritt 220) und eine Bestätigung wird hinsichtlich dessen durchgeführt, ob diese Ausgangsleistung Q unter die Leistung Q2 gefallen ist oder nicht, bei der die Slave-Einheit c auch laufen kann (Schritt 222), und wenn die Ausgangsleistung Q unter die Leistung gefallen ist, bei der die Slave-Einheit c laufen kann (JA in der Feststellung in Schritt 222), wird die mit der Slave-Einheit c verbundene Fernsteuerung 50C ausgeschaltet (Schritt 224).
Nachdem sie ausgeschaltet ist, schaltet die mit der Slave-Einheit c verbundene Fernsteuerung 50C den Magnetschalter 18C aus, um die Slave-Einheit c zu stoppen. Anschließend gibt die mit der Slave-Einheit c verbundene Fernsteuerung 50C an die Fernsteuerung 50A, die mit der Mastereinheit verbunden ist, eine Menge an Ausgangsleistung aus, die aus der Slave-Einheit c ausgegeben wird.
Folglich liest die mit der Mastereinheit verbundene Fernsteuerung 50A die Menge an Ausgangsleistung aus der Slave-Einheit c, die aus der mit der gestoppten Slave-Einheit c verbundenen Fernsteuerung 50C ausgegeben wird (Schritt 226), und die Routine kehrt zu Schritt 212 zurück.
Wenn die Ausgangsleistung Q aus der Gleichstromquelle 1 weiter abfällt und unter die Leistung Q1 fällt, bei der die Slave-Einheit b laufen kann (JA in der Feststellung in Schritt 216), wird außerdem die mit der Slave-Einheit b verbundene Fernsteuerung 50B auch ausgeschaltet (Schritt 228).
Nachdem sie ausgeschaltet ist, schaltet die mit der Slave-Einheit b verbundene Fernsteuerung 50B den Magnetschalter 18B aus, um die Slave-Einheit b zu stoppen, und gibt an die mit der Mastereinheit verbundene Fernsteuerung 50A die Menge an Ausgangsleistung von der Slave-Einheit b aus.
Folglich liest die Mastereinheit die Menge an Ausgangsleistung von der Slave-Einheit b, die von der mit der gestoppten Slave-Einheit b verbundenen Fernsteuerung 50B ausgegeben wird (Schritt 230), und setzt die Bestätigung der Ausgangsleistung Q aus der Gleichstromquelle 1 fort (Schritte 204 bis 208).
Wenn die Ausgangsleistung Q aus der Gleichstromquelle 1 folglich allmählich fällt und die Gleichstromquelle 1 stoppt (JA in der Feststellung in Schritt 208), wird der Magnetschalter 18A ausgeschaltet, um die Mastereinheit zu stoppen (Schritt 232). Anschließend wird die Menge an Ausgangsleistung von der Mastereinheit vom Mikrocomputer 22 der Mastereinheit gelesen (Schritt 234), ein Vergleich wird zwischen den Mengen an Ausgangsleistung der Mastereinheit und der Slawe-Einheiten b und c durchgeführt (Schritt 236) und die Reihenfolge des Starts der mit der nächsten Mastereinheit und den nächsten Slawe-Einheiten verbundenen Fernsteuerungen wird festgelegt (Schritt 238).
Wenn nämlich die Mengen der Ausgangsleistung a1, b1 und c1 der Wechselrichter 14A, 14B und 14C derart sind, dass b1 < c1 < a1, wird der Wechselrichter 14B, dessen Menge an Ausgangsleistung das Minimum ist, als nächste Mastereinheit festgelegt und die Wechselrichter 14A und 14C werden als Slawe-Einheiten festgelegt. Da die Menge an Ausgangsleistung vom Wechselrichter 14C kleiner ist als jene vom Wechselrichter 14A, wird das Festlegen ferner derart ausgeführt, dass der Wechselrichter 14C früher gestartet wird als der Wechselrichter 14A, und das Ergebnis dieser Festlegung wird an die Fernsteuerung 50B, die mit dem Wechselrichter 14B verbunden ist, der als nächste Mastereinheit festgelegt wurde, ausgegeben.
Folglich wird die Fernsteuerung 50B, die mit dem Wechselrichter 14B verbunden ist, der als nächste Mastereinheit festgelegt wurde, durch Einschalten des Magnetschalters 18B in einen Bereitschaftszustand gesetzt, um den Wechselrichter 14B in den Zustand zu setzen, in dem der Wechselrichter 14B laufen lassen werden kann.
Durch Festlegen der Mastereinheit und der Slave-Einheiten und der Reihenfolge des Starts der Slave-Einheiten in der vorstehend beschriebenen Weise können die Mengen an Ausgangsleistung der Vielzahl von Wechselrichtern 14 im Wesentlichen ausgeglichen werden. Durch Festlegen der Mastereinheit und der Slave-Einheiten auf der Basis der Laufzeiten können außerdem die Laufzeiten unter der Vielzahl von Wechselrichtern 14 im Wesentlichen ausgeglichen werden, wodurch es möglich gemacht wird, die Betriebslebensdauer der Energieversorgungsanlage 12 zu verlängern.
Insbesondere wird die Betriebslebensdauer von elektronischen Komponenten wie z.B. eines elektrolytischen Kondensators und eines Kühlgebläses, die im Wechselrichter 14 vorgesehen sind, durch die Laufzeit des Wechselrichters 14 erheblich beeinflusst. Indem diese Laufzeiten im Wesentlichen ausgeglichen werden, wird jedoch ein stabiler Betrieb über einen verlängerten Zeitraum möglich gemacht.
Es sollte beachtet werden, dass in der vorstehend beschriebenen Struktur eine Vielzahl von Beziehungen als Beziehung zwischen der Mastereinheit und den Slave-Einheiten von Wechselrichtern vorhanden sein können und die Zunahme oder Abnahme der Menge an Wechselausgangsgröße aus dem Wechselrichter 14 bei der Festlegung des Starts oder Stopps der Mastereinheit und der Slave-Einheiten verwendet werden kann.
In dem Fall, dass irgendein Wechselrichter 14 nicht wirksam ist, kann außerdem durch Ausschließen der mit diesem Wechselrichter 14 verbundenen Fernsteuerung 50 von der Festlegung der Mastereinheit und der Slave-Einheiten der Wechselrichter 14 von der Gleichstromquelle 1 durch den Magnetschalter 18 getrennt werden. Folglich wird die Systemverbindung möglich, in der der Wechselrichter 14, der nicht wirksam ist, am Betriebslauf gehindert wird, und die Wechselrichter 14, die wirksam sind, verwendet werden.
Wenn die Tatsache, dass der Wechselrichter 14 nicht wirksam ist, zu diesem Zeitpunkt auf der Anzeigeeinheit 54 der Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der nicht wirksam ist, angezeigt wird, ist es möglich, klar die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Wechselrichters 14 zu bestimmen, der in der Energieversorgungsanlage 12 nicht wirksam ist.
In der Energieversorgungsanlage 12 wird unterdessen eine MPPT-Regelung nur durch den Wechselrichter 14 durchgeführt, der als Mastereinheit festgelegt ist, und die Wechselrichter 14, die als Slave-Einheiten festgelegt sind, werden konstant einer Konstantenergiesteuerung unterzogen.
Wie in 5A gezeigt, wird nämlich der Wechselrichter 14B konstant einer Konstantenergiesteuerung im Bereich der Laufzeit t2 bis t5 unterzogen, wohingegen der Wechselrichter 14C konstant einer Konstantenergiesteuerung im Bereich der Laufzeit t3 bis t4 unterzogen wird, wodurch jeweils die Wechselleistung von 4 kW, d.h. die Nennleistung, ausgegeben wird.
Im Gegensatz dazu arbeitet der Wechselrichter 14A in einer solchen Weise, dass er die maximale Leistung entsprechend der Zunahme oder Abnahme der Ausgangsleistung Q konstant durch die MPPT-Regelung im Bereich der Zeit t1 bis t6 ausgibt, während der die Gleichstromleistung aus der Gleichstromquelle 1 ausgegeben wird.
Wenn die Vielzahl von Wechselrichtern 14 eine MPPT-Regelung durchführen, kann folglich verhindert werden, dass eine Zunahme oder Abnahme der Ausgangsleistung aus einem Wechselrichter 14 den Betrieb der anderen Wechselrichter 14 beeinflusst, und selbst wenn die Vielzahl von Wechselrichtern 14 verwendet wird, kann die Energieversorgungsanlage 12 stabil betrieben werden.
Wenn die Vielzahl von Wechselrichtern 14 individuell den Schutzbetrieb durchführen, wird andererseits der Betrieb unter der Vielzahl von Wechselrichtern 14 aufgrund des Versatzes der Erfassungszeitsteuerung und dergleichen ungleichmäßig. Daher gibt es Fälle, in denen der Schutzbetrieb eines Wechselrichters 14 den Schutzbetrieb der anderen Wechselrichter 14 beeinflusst, wodurch ein geeigneter Schutz unmöglich gemacht wird.
Mit der Energieversorgungsanlage 12 werden dagegen ein unabhängiger Betrieb sowie eine Überspannung, Unterspannung, ein Frequenzanstieg und ein Frequenzabfall durch die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der als Mastereinheit festgelegt ist, überwacht und die Vielzahl von Wechselrichtern 14 werden gemeinsam auf der Basis der Ergebnisse dieser Überwachung geschützt. Folglich kann der Schutz der Vielzahl von Wechselrichtern 14 schnell und zuverlässig durchgeführt werden.
In einem Fall, in dem Wechselleistung von den Wechselrichtern 14 zur kommerziellen Netzleistung 16 geliefert wird, fließt außerdem die Wechselleistung von den Wechselrichtern 14 rückwärts zur kommerziellen Netzleistung 16. Dieser Rückwärtsfluss kann einen Spannungsanstieg in der kommerziellen Netzleistung 16 verursachen. Die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der als Mastereinheit festgelegt wurde, steuert bei der Energieversorgungsanlage 12 zu dieser Zeit zuerst nacheinander die Ausgangsgrößen der Slave-Wechselrichter 14 und steuert schließlich die Ausgangsgröße des Master-Wechselrichters 14.
Mit der Energieversorgungsanlage 12 wird folglich, wenn die Vielzahl von Wechselrichtern 14 parallel geschaltet sind, die Fernsteuerung 50, die mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist, der die Mastereinheit sein soll, festgelegt und die Fernsteuerung 50, die mit dem Master-Wechselrichter 14 verbunden ist, steuert gemeinsam die Vielzahl von Wechselrichtern 14, wodurch es möglich gemacht wird, die Wechselrichter 14 ohne Verursachen von Schwankungen in ihren Operationen zu betreiben.
Hinsichtlich der Systemkonfiguration ist es ferner selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene System begrenzt ist, in dem die maximale Ausgangsleistung der Gleichstromquelle 1 12 kW ist, und dass die vorliegende Erfindung auf Systeme mit anderen Ausgangsgrößen, wie z.B. 11 kW, 13 kW, 14 kW und 15 kW, anwendbar ist.
Als weiteres Beispiel der Steuerung zum Betreiben der Slave-Einheiten wird zuerst die aus der Gleichstromquelle 1 ausgegebene Gleichstromleistung mit einer Abtastfrequenz von z.B. einigen Millisekunden bis mehreren zehn Millisekunden abgetastet.
Als nächstes wird eine erste Ableitung (erste Differenz) der für die letzten mehreren Minuten abgetasteten Gleichstromleistung bestimmt und aus diesen Ergebnissen wird eine Feststellung hinsichtlich dessen durchgeführt, ob die Steigung eines Graphen in einem Fall, in dem die Zunahmen und Abnahmen der Gleichstromleistung aufgetragen sind, zunimmt oder abnimmt. Unter Verwendung der Ergebnisse der ersten Ableitung ist es hier möglich, den Effekt einer momentanen Zunahme oder Abnahme der Ausgangsleistung, die eine momentane Änderung des Wetters wie z.B. momentane Bewölkung aufgrund einer Wolke oder einen Windstoß begleitet, zu unterdrücken.
Wenn die erste Ableitung ansteigt, wird als nächstes eine Feststellung hinsichtlich dessen durchgeführt, ob die Anzahl von zu betreibenden Wechselrichtern erhöht werden muss oder nicht. Insbesondere wird diese Feststellung durch Abschätzen der Gleichstromleistung während der nächsten Abtastung von der vorstehend erwähnten ersten Ableitung durchgeführt und eine Feststellung wird durchgeführt, dass die Anzahl von Wechselrichtern erhöht werden muss, wenn dieser abgeschätzte Wert die Gleichstromleistung überschritten hat, die von dem (den) Wechselrichter(n), der (die) gerade läuft (laufen), gehandhabt werden kann.
In einem Fall, in dem die Anzahl von Wechselrichtern, die mit der vorliegenden Ausgangsleistung von 950 W laufen, beispielsweise zwei ist, wird, wenn aus der vorstehend erwähnten ersten Ableitung abgeschätzt wird, dass die Ausgangsleistung während der nächsten Abtastung 1050 W ist, da zwei mit 500 W kompatible Wechselrichter eine solche Situation nicht handhaben können, eine Feststellung durchgeführt, dass die Anzahl um eins erhöht werden muss. Wenn die Ausgangsleistung während der nächsten Abtastung als 980 W abgeschätzt wird, wird ferner, da diese Situation von zwei Wechselrichtern gehandhabt werden kann, eine Feststellung durchgeführt, dass es nicht erforderlich ist, die Anzahl von Wechselrichtern zu erhöhen.
Wenn es erforderlich ist, die Anzahl von Wechselrichtern, die laufen, zu erhöhen, wird als nächstes ein Wechselrichter, der zum Start des Betriebslaufs veranlasst werden soll, durch Zufallszahlen aus einer Liste von Wechselrichtern, die gerade nicht laufen, ausgewählt.
Dies vollendet die Routine und dieselbe Routine wird wieder vom ersten Schritt an wiederholt. Es sollte beachtet werden, dass die Routine in dem Fall, in dem kein Bedarf besteht, die Anzahl von laufenden Wechselrichtern zu erhöhen, auch zum ersten Schritt zurückkehrt.
In einem Fall, in dem die erste Ableitung der Gleichstromleistung für die letzten einigen Minuten nicht zunimmt, wird unterdessen eine Feststellung hinsichtlich dessen durchgeführt, ob die Anzahl von laufenden Wechselrichtern verringert werden muss oder nicht. Bei dieser Feststellung wird in derselben Weise, wie vorstehend beschrieben, die Gleichstromleistung während der nächsten Abtastung aus der vorstehend erwähnten ersten Ableitung abgeschätzt und eine Feststellung wird durchgeführt, dass die Anzahl von Wechselrichtern verringert werden muss, wenn dieser abgeschätzte Wert derart ist, dass der Betrieb mit einer Anzahl von Wechselrichtern möglich ist, die geringer als die vorliegende Anzahl ist.
In einem Fall, in dem beispielsweise die Anzahl von Wechselrichtern, die mit der vorliegenden Ausgangsleistung von 1050 W laufen, drei ist, und wenn aus der vorstehend erwähnten ersten Ableitung abgeschätzt wird, dass die Ausgangsleistung während der nächsten Abtastung 980 W ist, wird, da zwei mit 500 W kompatible Wechselrichter eine solche Situation handhaben können, eine Feststellung durchgeführt, dass die Anzahl um eins verringert werden muss. Wenn die Ausgangsleistung während der nächsten Abtastung als 1020 W abgeschätzt wird, wird außerdem, da drei Wechselrichter erforderlich sind, eine Feststellung durchgeführt, dass es unnötig ist, die Anzahl von Wechselrichtern zu verringern.
Wenn es erforderlich ist, die Anzahl von Wechselrichtern, die laufen, zu verringern, wird dann ein zu stoppender Wechselrichter durch Zufallszahlen aus einer Liste von Wechselrichtern, die gerade laufen, ausgewählt.
Dies vollendet die Routine und dieselbe Routine wird wieder ab dem ersten Schritt wiederholt. Es sollte beachtet werden, dass die Routine in dem Fall, in dem kein Bedarf besteht, die Anzahl von laufenden Wechselrichtern zu verringern, auch zum ersten Schritt zurückkehrt.
Das Steuerverfahren ist nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren begrenzt und die Anzahl von zu betreibenden Einheiten kann auf der Basis des Werts der Zunahme oder Abnahme der Gleichstromleistung oder unter Verwendung eines unscharfen Schlusses auf der Basis des Werts der Zunahme oder Abnahme der Gleichstromleistung gesteuert werden. Alternativ kann die Anzahl von zu betreibenden Einheiten einfach durch Vergleichen des Werts der Gleichstromleistung mit einem Sollwert gesteuert werden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf einphasige Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler und dreiphasige Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler, sondern auch auf Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler beliebiger Form anwendbar.
Es sollte beachtet werden, dass das vorliegende Ausführungsbeispiel nur erläuternd ist und die Struktur der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist auf parallel geschaltete Systeme verschiedener Konfigurationen anwendbar, in denen eine Vielzahl von Wechselrichtern parallel geschaltet sind.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanlage (12) mit mehreren Wechselrichtern (14), die parallel zu einer Gleichstromquelle (1) geschaltet sind, deren gelieferte elektrische Energie zunimmt oder abnimmt, wobei die Wechselrichter eine elektrische Ausgangsgröße von der Gleichstromquelle umsetzen in eine frequenz- und spannungsgesteuerte Wechselleistung, um die Wechselleistung an ein System ausgeben, umfassend folgende Schritte: (a) Einstellen eines der Wechselrichter (14), damit dieser als Mastereinheit arbeitet, und die übrigen Wechselrichter als Slave-Einheiten arbeiten, wobei die Mastereinheit die Slave-Einheiten steuert; (b) Ermöglichen der Mastereinheit, die Slave-Einheiten auf der Grundlage eines Anstiegs oder einer Abnahme der elektrischen Energie von der Gleichstromquelle und/oder einer Zunahme oder einer Abnahme der von den Wechselrichtern ausgegebenen Wechselleistung zu steuern; und (c) Betreiben der Mastereinheit derart, daß die Menge der von der Mastereinheit ausgegebenen Wechselleistung entsprechend einer Zunahme oder Abnahme in der Menge der von der Gleichstromquelle ausgegebenen elektrischen Leistung zunimmt bzw. abnimmt, und Betreiben der Slave-Einheiten bei einem vorbestimmten Standardwert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im ersten Schritt dann, wenn der Betriebslauf ausgesetzt ist, die Mastereinheit als beim Start des nächsten Arbeitslaufs zu verwendende Mastereinheit einen Wechselrichter einsetzt, der von sämtlichen Wechselrichtern die geringste Menge ausgegebener Wechselleistung aufweist oder die kürzeste Arbeitslaufzeit besitzt, und die übrigen Wechselrichter als Slave-Einheiten festlegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in dem ersten Schritt dann, wenn der Arbeitslauf ausgesetzt ist, die Mastereinheit die Slave-Einheiten in aufsteigender Reihenfolge ordnet, beginnend bei derjenigen Slave-Einheit, die die geringste Menge an ausgegebener Wechselleistung oder die kürzeste Arbeitslaufzeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem in dem ersten Schritt das Ordnen der Slave-Einheiten unter Verwendung von Zufallszahlen auf Zufallsbasis vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend die Schritte des Verbindens jedes Wechselrichters mit einer entfernten Steuerung (50) zum Fernsteuern des Wechselrichters und zum Verbinden der entfernten Steuerung miteinander, so daß die entfernten Steuerungen Signale einander zusenden und voneinander empfangen können, wobei der Betrieb der Wechselrichter über die entfernten Steuerungen in dem zweiten Schritt vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im zweiten Schritt die Mastereinheit die Slave-Einheiten nach Maßgabe der Menge elektrischer Ausgangsleistung aus der Gleichstromquelle betreibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im zweiten Schritt die Anzahl von Slave-Einheiten, die laufen sollen, auf der Grundlage davon bestimmt wird, ob die Gleichleistung zunimmt oder abnimmt, was anhand der ersten Ableitung der elektrischen Ausgangsleistung von der Gleichstromquelle abgeschätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in zumindest einem von dem ersten und dem zweiten Schritt ein nicht wirksamer Wechselrichter aus dem Arbeitslauf ausgeschlossen wird.
System zum Umwandeln von Gleichleistung in Wechselleistung, umfassend: eine Mehrzahl von Wechselrichtern, die parallelgeschaltet sind, wobei jeder Wechselrichter dazu ausgebildet ist, Gleichleistung zu empfangen und die Gleichleistung in Wechselleistung umzuwandeln; und Steuerungen, die an die Wechselrichter angeschlossen sind und deren Betrieb auf der Grundlage der verfügbaren Gleichleistung steuern; dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungen aufweisen: eine Einrichtung, die mehrere Wechselrichter veranlaßt, zu arbeiten, wenn ausreichend Gleichleistung verfügbar ist, und weniger Wechselrichter veranlaßt zu arbeiten, wenn unzureichende Gleichleistung vorhanden ist; eine Einrichtung zum Einstellen eines der Wechselrichter für die Arbeit als Mastereinheit und die anderen Wechselrichter für die Arbeit als Slave-Einheiten; eine Einrichtung zum Betreiben der Mastereinheit derart, daß die Menge der von der Mastereinheit ausgegebenen Wechselleistung abhängig von einer Zunahme oder Abnahme der Menge elektrischer Ausgangsleistung von der Gleichleistungsquelle zunimmt bzw. abnimmt; und eine Einrichtung zum Betreiben der Slave-Einheiten bei einem vorbestimmten Standardwert.
System nach Anspruch 9, bei dem die jeweiligen Steuerungen sich innerhalb der zugehörigen Wechselrichter befinden.
System nach Anspruch 9, bei dem die jeweiligen Steuerungen sich außerhalb der jeweiligen Wechselrichter befinden.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die zugehörige Steuerung der Mastereinheit eine Einrichtung aufweist zum Bewirken einer Maximal-Leistungspunkt-Nachführregelung der Mastereinheit durch Verfolgen einer Zunahme oder Abnahme der in die Mastereinheit eingegebenen Gleichleistung, und eine Einrichtung, die die Slave-Einheiten einer Konstantenergie-Steuerung unterzieht, um konstant maximale Ausgangswerte zu erreichen.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem eine der Steuerungen eine Einrichtung aufweist zum Bewirken eines geschützten Betriebs unter den mehreren Wechselrichtern durch eine Schutzeinrichtung, die in mindestens einem der Wechselrichter vorgesehen ist, wenn mindestens zwei der Wechselrichter laufen.
System nach Anspruch 13, bei dem die Schutzeinrichtung zum Bewirken eines geschützten Betriebs der mehreren Wechselrichter eine Schutzeinrichtung der Mastereinheit ist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Steuerungen Fernsteuerungen aufweisen, die an die mehreren Wechselrichter angeschlossen sind, und eine Kommunikationseinrichtung zum Verbinden der Fernsteuerungen miteinander.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Wechselrichter eine Einrichtung aufweisen, die es der Mastereinheit ermöglicht, eine Mastereinheit festzusetzen, die während des Beginns des nächsten Arbeitslaufs des Generators zu verwenden ist, wenn der Arbeitslauf des Generators ausgesetzt ist.
System nach Anspruch 16, bei dem die Mastereinheit, die während des Starts des nächsten Arbeitslaufs des Generators zu verwenden ist, diejenige ist, die die geringste Menge an Ausgangsleistung oder die kürzeste Arbeitslaufzeit unter den Wechselrichtern einschließlich des Master-Wechselrichters aufweist.
Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 13 bis 17 bei der Umwandlung elektrischer Leistung, die von einem Generator erzeugt wird, in elektrische Leistung, die einer kommerziellen Netzleistung entspricht und von einer Anzahl von Wechselrichtern ausgegeben wird, deren Anzahl auf der Grundlage der Menge erzeugter elektrischer Leistung bestimmt wird.