JP2007133765A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ装置に関し、特に、複数個の直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device, and more particularly to an inverter device that converts DC power output from a plurality of DC power supplies into AC power and supplies the AC power to a load.
図7は、直流電力源をたとえば太陽電池とした太陽光発電装置における従来のインバータ装置を示す図である。同図を参照して、太陽電池モジュール101から出力される直流電力は、インバータ装置102によって交流電力に変換され、負荷または商用電力系統に供給される。
FIG. 7 is a diagram showing a conventional inverter device in a solar power generation device in which a DC power source is a solar cell, for example. Referring to the figure, DC power output from
インバータ装置102において、太陽電池モジュール101から出力される直流電力は、直流-直流変換器103に入力される。直流-直流変換器103で昇圧された直流電力は、インバータ部104によって交流電力に変換され、保護リレー107、連系リレー108を介して出力端子である交流コンセント用のプラグを通じて出力される。
In the
また、インバータ部104は、ダイオードが逆並列された4個のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、またはFET(Field-Effect Transistor)等のスイッチング素子がフルブリッジ接続されたものが一般的である。
The
インバータ部104の出力には、リアクトルおよびコンデンサを含むフィルタ105が接続される。
A
ここで、商用電力系統が100V系である場合、商用電力系統のピーク電圧値は約141Vとなるため、直流-直流変換器103によって、太陽電池モジュール101の出力電圧をたとえば180V以上まで昇圧させる必要がある。
Here, since the peak voltage value of the commercial power system is about 141 V when the commercial power system is a 100 V system, the DC-
直流-直流変換器103によって昇圧された直流電圧は、インバータ部104および制御部106によってパルス幅変調されて高周波パルスに変換される。
The DC voltage boosted by the DC-
高周波パルスは、フィルタ105によって平滑化されて正弦波電流となり、交流電力として、たとえば家庭用コンセントを介して家電製品等の家庭内の負荷に供給され、また、商用電力系統110に供給される。
The high-frequency pulse is smoothed by the
インバータ装置102は、太陽電池モジュール101から出力される直流電力が負荷の消費電力よりも少ない場合には不足分の電力を商用電力系統から受電し、また、負荷の消費電力よりも大きい場合には余剰電力を商用電力系統へ逆潮流する。
When the DC power output from the
また、インバータ装置102は、商用電力系統が停電し、非常用電源として太陽電池モジュール101を使用する場合、または独立電源として負荷に電力を供給する場合には、自立リレー111および自立負荷用のコンセント112を用いて自立運転を行なう。
Further, when the commercial power system fails and the
このようなインバータ装置の一例として、特許文献1には以下のようなインバータ装置が開示されている。すなわち、複数の太陽電池モジュールを電力源とする太陽光発電用電力変換装置において、各太陽電池モジュールごとに最大電力追従を行う昇圧チョッパおよび波形成形部等のDC/DCコンバータを設け、各太陽電池モジュールより最大電力を導出し、その後まとめてインバータおよびDC/ACコンバータ36等で交流出力に変換する。
ところで、一般的な太陽電池モジュールは、一個あたりの発電電力が150W程度であり、大きさは1m×1m程度であり、また、重量は10kg以上と比較的大きなものであるため、事前に設置場所および接続関係を検討する必要がある。 By the way, a general solar cell module has a generated power per unit of about 150 W, a size of about 1 m × 1 m, and a relatively large weight of 10 kg or more. It is necessary to consider connection relations.
ここで、家庭内のコンセントに出力端子であるプラグを差し込んで電力供給するような方式のインバータ装置の場合、窓およびベランダ等の太陽光を受光できる限られた場所に太陽電池モジュールを設置することが想定される。このため、限られた場所に太陽電池モジュールを設置するために太陽電池モジュールのサイズの多様化が求められ、また、これにともない太陽電池モジュールから出力される直流電力の電力量、すなわち電力容量も多様化する。したがって、専門的な知識のないユーザが、太陽電池モジュールを含む電力供給システムの的確な設置方法を判断することは図7に示す従来のインバータ装置および特許文献1記載のインバータ装置のいずれを使用しても困難である。
Here, in the case of an inverter device that supplies power by plugging an output terminal into a household outlet, install a solar cell module in a limited place where sunlight can be received, such as windows and verandas. Is assumed. For this reason, diversification of the size of the solar cell module is required in order to install the solar cell module in a limited place, and accordingly, the amount of DC power output from the solar cell module, that is, the power capacity is also increased. Diversify. Therefore, it is possible to use any of the conventional inverter device shown in FIG. 7 and the inverter device described in
また、日射条件および設置条件等が悪く、太陽電池モジュールが規格通りの直流電力を出力しない場合には、一般的に太陽電池モジュールの増設、または日射に対する太陽電池モジュールの設置方向の変更等が行われるが、日射条件および設置条件等を判断するにはある程度専門的な知識を必要とすることから、太陽電池モジュールの発電量が少ない場合の対応、すなわち太陽電池モジュールを含む電力供給システムの的確な設置方法をユーザが判断することは困難である。 In addition, when the solar radiation conditions and installation conditions are poor and the solar cell module does not output standard DC power, the solar cell module is generally added or the installation direction of the solar cell module relative to solar radiation is changed. However, since it requires some specialized knowledge to determine the solar radiation conditions and installation conditions, etc., it is necessary to deal with the case where the amount of power generated by the solar cell module is small, that is, the accuracy of the power supply system including the solar cell module. It is difficult for the user to determine the installation method.
それゆえに、本発明の目的は、インバータ装置と直流電源とを含む電力供給システムを適切に構築することが可能なインバータ装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an inverter device that can appropriately construct a power supply system including an inverter device and a DC power supply.
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるインバータ装置は、複数個の直流電源のうちの少なくともいずれか一つから出力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、複数個の直流電源の出力特性に基づいて各直流電源およびインバータ部の接続関係を決定する制御部とを備える。 In order to solve the above problems, an inverter device according to an aspect of the present invention is an inverter that converts DC power output from at least one of a plurality of DC power sources into AC power and supplies the AC power to a load. And a control unit that determines the connection relationship between each DC power source and the inverter unit based on the output characteristics of the plurality of DC power sources.
好ましくは、インバータ装置は、さらに、制御部が決定した接続関係を表示する表示部を備える。 Preferably, the inverter device further includes a display unit that displays the connection relationship determined by the control unit.
好ましくは、制御部は、複数個の直流電源の出力電力、出力電圧および変換効率の少なくともいずれか1つに基づいて各直流電源およびインバータ部の接続関係を決定する。 Preferably, the control unit determines a connection relationship between each DC power source and the inverter unit based on at least one of output power, output voltage, and conversion efficiency of the plurality of DC power sources.
好ましくは、インバータ装置は、さらに、スイッチング素子のオン状態およびオフ状態を切り替えることにより、直流電源から受けた直流電力の電圧値を調整する直流-直流変換器を備え、インバータ部は、電圧値の調整された直流電力を交流電力に変換して負荷へ出力し、制御部は、スイッチング素子を制御することにより直流電源の出力特性を測定し、測定結果に基づいて接続関係を決定する。 Preferably, the inverter device further includes a DC-DC converter that adjusts the voltage value of the DC power received from the DC power supply by switching the ON state and the OFF state of the switching element, and the inverter unit has a voltage value of The adjusted DC power is converted to AC power and output to the load, and the control unit measures the output characteristics of the DC power source by controlling the switching element, and determines the connection relation based on the measurement result.
より好ましくは、インバータ装置は、さらに、測定結果を記憶する記憶部を備え、制御部は、現在の測定結果および記憶部に記憶されている過去の測定結果に基づいて接続関係を決定する。 More preferably, the inverter device further includes a storage unit that stores the measurement result, and the control unit determines the connection relation based on the current measurement result and the past measurement result stored in the storage unit.
好ましくは、制御部は、複数個の直流電源からの直流電力の最大値の合計と、インバータ装置の入力電力仕様における最大値との差を算出し、インバータ装置は、さらに、制御部が算出した電力差を表示する表示部を備える。 Preferably, the control unit calculates a difference between the sum of the maximum values of the DC power from the plurality of DC power supplies and the maximum value in the input power specification of the inverter device, and the inverter device is further calculated by the control unit. A display unit for displaying the power difference is provided.
またこの発明のさらに別の局面に係わるインバータ装置は、複数個の直流電源のうちの少なくともいずれか一つから出力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、各直流電源からの直流電力が並列にインバータ部へ出力される接続関係と、複数個の直流電源の全部または一部からの直流電力が直列にインバータ部へ出力される接続関係とを切り替えるスイッチとを備える。 An inverter device according to still another aspect of the present invention includes an inverter unit that converts DC power output from at least one of a plurality of DC power sources into AC power and supplies the AC power to a load; A switch that switches between a connection relationship in which DC power from the power source is output in parallel to the inverter unit and a connection relationship in which DC power from all or a part of the plurality of DC power sources is output in series to the inverter unit. .
好ましくは、インバータ装置は、さらに、複数個の直流電源の出力特性に基づいて各直流電源およびインバータ部の接続関係を決定し、スイッチを制御して決定した接続関係に切り替える制御部を備える。 Preferably, the inverter device further includes a control unit that determines a connection relationship between each DC power source and the inverter unit based on output characteristics of a plurality of DC power sources, and controls the switch to switch to the determined connection relationship.
本発明によれば、インバータ装置と直流電源とを含む電力供給システムを適切に構築することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric power supply system containing an inverter apparatus and DC power supply can be constructed | assembled appropriately.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るインバータ装置を備える太陽光発電システムを示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a photovoltaic power generation system including an inverter device according to a first embodiment of the present invention.
同図を参照して、太陽光発電システムは、太陽電池モジュール(直流電源)1a〜1cと、インバータ装置2とを備える。インバータ装置2は、ケーブルに接続されたプラグ12と、たとえばリモコンである表示部14とを含む。
With reference to the figure, the solar power generation system includes solar cell modules (DC power supplies) 1 a to 1 c and an
太陽電池モジュール1a〜1cは、受光した太陽光から直流電力を発電する。
インバータ装置2は、太陽電池モジュール1a〜1cから受けた直流電力を交流電力に変換する。そして、インバータ装置2は、家庭用ACコンセントに差し込み可能なプラグ12を出力端子として交流電力を商用電力系統へ逆潮流するか、または、交流電力を家庭内の負荷へ供給する。
The
The
表示部14は、ユーザの操作に基づいて、インバータ装置2の運転および停止の切り替え、ならびに商用電力系統に対する連系および自立の切り替え等を行なう。また、表示部14は、インバータ装置2の状態、出力電力および出力履歴等を表示する。
The
図2は太陽電池モジュールの設置例を示す図である。同図を参照して、太陽電池モジュール1a〜1cはベランダおよび窓等に備え付けられている。同図に示すような設置形態の住宅では、インバータ装置2は、各太陽電池モジュールの出力を並列に入力する構成が望ましい。
FIG. 2 is a diagram showing an installation example of the solar cell module. With reference to the figure,
図3は、本発明の第1の実施の形態に係るインバータ装置2の構成を示す図である。
同図を参照して、インバータ装置2は、チョッパ回路6a〜6cと、コンデンサ7と、分圧抵抗8と、インバータ部9と、検出部10a〜10cと、制御部11と、表示部14と、記憶部16とを備える。チョッパ回路6a〜6cは、リアクトル3a〜3cと、スイッチング素子4a〜4cと、ダイオード5a〜5cとを含む。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the
Referring to the figure,
チョッパ回路6a〜6cは、太陽電池モジュール1a〜1cから受けた直流電力の電圧値を調整、たとえば昇圧する。より詳細には、スイッチング素子4a〜4cは、制御部11からそれぞれ制御信号GA〜GCを受けて、制御信号GA〜GCのデューティに応じてそれぞれオン状態およびオフ状態を切り替えることによってリアクトル3a〜3cに流れる電流をそれぞれ制御する。
The
リアクトル3a〜3cに蓄積されるエネルギーは、それぞれダイオード5a〜5cを介してコンデンサ7へ出力され、コンデンサ7は、リアクトル3a〜3cから受ける電力を充電する。
The energy accumulated in reactors 3a-3c is output to
このようにスイッチング素子4a〜4cのオン状態およびオフ状態の切り替え、すなわちスイッチング動作を繰り返すことにより、チョッパ回路6a〜6cは太陽電池モジュール1a〜1cから受けた直流電力の電圧値を昇圧して出力する。スイッチング素子4a〜4cとしては、IGBTおよびパワーMOS(Metal Oxide Semiconductor)FETを用いる場合が多い。
As described above, the switching of the switching elements 4a to 4c is switched between the on state and the off state, that is, the switching operation is repeated, whereby the
なお、チョッパ回路6a〜6cは、入出力間が絶縁されたDC−DCコンバータ等の他の直流-直流変換器であってもよい。各チョッパ回路の電力容量は、たとえば約250Wである。また、太陽電池モジュール1a〜1cの出力電圧が常に商用電力系統のピーク電圧値以上である場合には、チョッパ回路6a〜6cを備えない構成とすることが可能である。
The
コンデンサ7は、チョッパ回路6a〜6cから受けた直流電圧を平滑化する。
分圧抵抗8は、コンデンサ7で平滑化された直流電圧、すなわちインバータ部9の入力電圧を検出するために設けられる。
The
インバータ部9は、コンデンサ7で平滑化された直流電圧を商用電力系統15に同期した交流電圧に変換し、商用電力系統15へ出力する。インバータ部9は、コンデンサ7で平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、変換された交流電圧を平滑化するフィルタとを含む。インバータ回路は主にフルブリッジ回路で構成され、フルブリッジ回路の含むスイッチング素子はIGBTおよびパワーMOS−FET等が用いられる。また、フィルタはLCフィルタを用いるのが一般的である。
The
検出部10a〜10cは、太陽電池モジュール1a〜1cから受けた直流電力の電圧値および電流値を検出し、検出結果PA〜PCを制御部11へ出力する。
制御部11は、検出部10a〜10cによってそれぞれ検出された太陽電池モジュール1a〜1cの出力電圧および出力電流に基づいて太陽電池モジュール1a〜1cの出力電力すなわちチョッパ回路6a〜6cの入力電力をそれぞれ算出する。そして、制御部11は、チョッパ回路6a〜6cの各々において入力電力が最大となるように、スイッチング素子4a〜4cへそれぞれ出力する制御信号GA〜GCのデューティを制御する最大電力点追従を行なう。
The control unit 11 determines the output power of the
また、制御部11は、インバータ部9の出力電流を制御することにより、コンデンサ7に印加される電圧、すなわちチョッパ回路6a〜6cの出力電圧を定電圧化する。ここでは、たとえばチョッパ回路6a〜6cの出力電圧を160Vに定電圧化している。
In addition, the control unit 11 controls the output current of the
また、制御部11は、分圧抵抗8を用いてインバータ部9の入力電圧すなわちコンデンサ7の端子間電圧を検出し、この検出された電圧値が所定の保護電圧値以上になったときは、前述の最大電力点追従に優先して、制御信号GA〜GCのデューティ比を小さくし、コンデンサ7の端子間電圧を保護電圧値未満に制御する。
Further, the control unit 11 detects the input voltage of the
また、制御部11は前述のチョッパ回路の最大電力点追従のためのパルス制御、およびインバータ部9の出力電流制御だけでなく、商用電力系統15に対する保護協調制御を行なう。すなわち、制御部11は、商用電力系統15で異常が発生した場合にはインバータ装置2の動作を停止させ、インバータ装置2および商用電力系統15の安全を確保する。
Further, the control unit 11 performs not only the pulse control for tracking the maximum power point of the chopper circuit and the output current control of the
ここで、インバータ装置2の動作の具体例を説明する。商用電力系統15は100V系であると仮定する。約15V〜25Vである太陽電池モジュール1a〜1cの出力電圧を昇圧チョッパ6a〜6cによって商用電力系統15に電力を送り出すために必要な電圧値、たとえば約180V以上に昇圧する。これは、100V系の商用電力系統15ではインバータ装置2の出力電圧のピーク値は約141Vとなり、141V以上の電圧でなければインバータ部9から電力を商用電力系統15に逆潮流させることができないためである。
Here, a specific example of the operation of the
以上より、本発明の第1の実施の形態に係るインバータ装置は、複数かつ容量の異なる太陽電池モジュールと組み合わせて電力供給システムを構築することができる。すなわち、太陽電池モジュールの増設が容易となり、また、比較的小容量の太陽電池モジュールおよび重量の軽い太陽電池モジュールをインバータ装置に接続することができ、太陽電池モジュールの設置による住宅環境の負荷を軽減することができる。 From the above, the inverter device according to the first embodiment of the present invention can construct a power supply system in combination with a plurality of solar cell modules having different capacities. In other words, it becomes easy to add solar cell modules, and solar cell modules with relatively small capacity and light weight can be connected to the inverter device, reducing the burden on the residential environment due to the installation of the solar cell modules. can do.
[システム構成モード]
次に、本発明の第1の実施の形態に係るインバータ装置2が行なう太陽電池特性探索によるシステム構成モードについて説明する。
[System configuration mode]
Next, a system configuration mode based on a solar cell characteristic search performed by the
このモードは、太陽電池モジュールの出力特性、たとえばI−V(電流−電圧)特性を調べ、電力供給システムを適切に構築するためのアドバイスをユーザに対して行なうモードである。 In this mode, the output characteristics of the solar cell module, for example, the IV (current-voltage) characteristics are examined, and advice for appropriately constructing the power supply system is given to the user.
制御部11は、太陽電池モジュール1a〜1cから見た負荷を変化させることにより、太陽電池モジュール1a〜1cのI−V特性を測定する。より詳細には、制御部11は、チョッパ回路6a〜6cに出力する制御信号GA〜GCのパルス幅を広範囲に変化させることにより太陽電池モジュール1a〜1cのI−V特性を開放電圧から短絡電流まで調べる。
The control part 11 measures the IV characteristic of the
制御部11は、検出部10a〜10cにおいて検出される太陽電池モジュール1a〜1cから受けた直流電力の電圧値および電流値をサンプリング周期毎に取得し、記憶部16に保存する。なお、太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性のすべての値を保存する必要が無い場合には、開放電圧、短絡電流、最大電力、ならびに最大電力動作点における電圧および電流等の代表的な値のみを保存してもよい。
The control unit 11 acquires the voltage value and current value of the DC power received from the
このような構成により、インバータ装置2は、太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性の情報を入手することができる。
With such a configuration, the
そして、制御部11は、太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性に基づいて、太陽電池モジュール1a〜1cが現在の設置条件でインバータ装置2の入力仕様を満足するかを判断する。このような構成により、太陽電池モジュールが、その容量およびサイズ等の多様化によってインバータ装置2の入力仕様を満足しない場合にも適切に対応することができる。
And the control part 11 judges whether the
たとえば、制御部11は、太陽電池モジュール1cの開放電圧が12V、最大電力動作点電圧が9Vであり、インバータ装置2の入力電圧仕様が15V〜100Vである場合には、太陽電池モジュール1cの出力電圧がインバータ装置2の入力電圧として不適切である、すなわち太陽電池モジュール1cはインバータ装置2と接続すべきではないと判断して、たとえばリモコンである表示部14にその旨を表示し、ユーザに知らせる。
For example, when the open voltage of the
このような構成により、ユーザは太陽電池モジュールが使用可能かどうかおよび太陽電池モジュールの適切な組み合わせを容易に判断することができる。 With such a configuration, the user can easily determine whether the solar cell module can be used and an appropriate combination of the solar cell modules.
本実施の形態に係るインバータ装置では、制御部11は、太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性に基づいて、太陽電池モジュール1a〜1cが現在の設置条件でインバータ装置2の入力仕様を満足するかを判断する。したがって、本実施の形態に係るインバータ装置では、インバータ装置と直流電源とを含む電力供給システムを適切に構築することができる。
In the inverter device according to the present embodiment, the control unit 11 determines whether the
また、本実施の形態に係るインバータ装置では、記憶部16を備えることで、制御部11が太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性の時系列的な情報を得ることができる。すなわち、制御部11は、現在の太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性および記憶部16に記憶されている過去の太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性に基づいて、太陽電池モジュールが使用可能かどうかおよび太陽電池モジュールの適切な組み合わせを判断することができる。
Moreover, in the inverter device according to the present embodiment, by providing the storage unit 16, the control unit 11 can obtain time-series information on the output characteristics of the
[判定機能]
次に、本発明の第1の実施の形態に係るインバータ装置2が行なう太陽電池モジュールの入力形態の判定機能について説明する。
[Judgment function]
Next, the input function determination function of the solar cell module performed by the
この判定機能とは、前述のようにインバータ装置2の入力仕様に適合しない太陽電池モジュールおよび電力容量が不足している太陽電池モジュールが存在する場合に、他の太陽電池モジュールと接続して直流電力を合成した方が効率的に電力を取り出せるか等を判断する機能である。このような機能は、たとえば制御部11がマイクロプロセッサである場合には、マイクロプロセッサに組み込まれたプログラムによって実現することができる。
This determination function refers to the DC power connected to other solar cell modules when there is a solar cell module that does not conform to the input specifications of the
図4は、本発明の第1の実施の形態に係るインバータ装置2が太陽電池モジュールの入力形態の判定機能を実行する際の動作手順を定めたフローチャートである。制御部11は、フローチャートの各ステップを備えるプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。このプログラムは、外部からインストールすることができる。以下、太陽電池モジュールの開放電圧をVoc、最大電力動作点電圧をVop、最大電力動作点電流をIop、短絡電流をIsc、最大電力をPmaxとする。
FIG. 4 is a flowchart that defines an operation procedure when the
同図において破線で囲まれた部分であるBlock1の各ステップは、インバータ装置2に太陽電池モジュールが1個だけ接続されている場合におけるインバータ装置2の判定動作にも対応する。インバータ装置2に太陽電池モジュールが複数個接続されている場合には、Block1の各ステップは、インバータ装置2に接続されている太陽電池モジュールごとに独立に実行される。
Each step of
まず、インバータ装置2に太陽電池モジュールが1個だけ接続されている場合について説明する。
First, the case where only one solar cell module is connected to the
制御部11は、判定対象の太陽電池モジュールの出力特性データテーブルを記憶部16から取得する(S1)。この出力特性データテーブルには、太陽電池モジュールのVoc、Vop、Iop、IscおよびPmaxの情報が含まれている。 The control part 11 acquires the output characteristic data table of the solar cell module of determination object from the memory | storage part 16 (S1). This output characteristic data table includes information on Voc, Vop, Iop, Isc and Pmax of the solar cell module.
次に、制御部11は、VocおよびVopをインバータ装置2の入力電圧仕様と比較する(S2)。 Next, the control part 11 compares Voc and Vop with the input voltage specification of the inverter apparatus 2 (S2).
制御部11は、VocおよびVopがインバータ装置2の入力電圧仕様における最大電圧値を超える場合には(S2でYES)、入力電圧オーバーと判定する(S3)。 When Voc and Vop exceed the maximum voltage value in the input voltage specification of the inverter device 2 (YES in S2), the control unit 11 determines that the input voltage is over (S3).
一方、制御部11は、VocおよびVopがインバータ装置2の入力電圧仕様の範囲内である場合には(S2でNOおよびS4でNO)、Pmaxをインバータ装置2の入力電力仕様と比較する(S4)。 On the other hand, when Voc and Vop are within the input voltage specification range of inverter device 2 (NO in S2 and NO in S4), control unit 11 compares Pmax with the input power specification of inverter device 2 (S4). ).
制御部11は、Pmaxがインバータ装置2の入力電力仕様における最大電力値を超える場合には(S5でNO)、容量オーバーと判定する(S6)。 When Pmax exceeds the maximum power value in the input power specification of the inverter device 2 (NO in S5), the control unit 11 determines that the capacity is over (S6).
なお、インバータ装置2が入力電力の制限を行っている場合には、Pmaxがインバータ装置2の入力電力仕様における最大電力値を超えるような太陽電池モジュールの運転を許可してもよい。
In addition, when the
制御部11は、Pmaxがインバータ装置2の入力電力仕様における最大電力値を超えない場合には(S5でYES)、判定対象の太陽電池モジュールのVopおよびPmaxから、記憶部16に保存されている変換効率テーブルを参照して変換効率を取得する(S7)。 When Pmax does not exceed the maximum power value in the input power specification of the inverter device 2 (YES in S5), the control unit 11 is stored in the storage unit 16 from Vop and Pmax of the solar cell module to be determined. The conversion efficiency is acquired with reference to the conversion efficiency table (S7).
制御部11は、取得した変換効率が所定の閾値、たとえば85%を上回る場合には(S8でNO)、判定対象の太陽電池モジュールを使用してよいと判定する(S9)。 When the acquired conversion efficiency exceeds a predetermined threshold, for example, 85% (NO in S8), the control unit 11 determines that the determination target solar cell module may be used (S9).
次に、インバータ装置2に太陽電池モジュールが複数個接続されている場合について説明する。ここでは、判定対象の太陽電池モジュールが他の太陽電池モジュールとの組み合わせの対象となる場合のステップについてのみ説明する。他のステップは前述のインバータ装置2に太陽電池モジュールが1個だけ接続されている場合のステップと同様である。
Next, a case where a plurality of solar cell modules are connected to the
なお、他の太陽電池モジュールとの組み合わせの対象となる太陽電池モジュールとは、ステップS4において、入力電圧がインバータ装置2の入力電圧仕様における最小電圧値未満である太陽電池モジュール、およびステップS8において変換効率が所定の閾値以下であり、他の太陽電池モジュールとの組み合わせで太陽光発電システムの効率が向上する可能性がある太陽電池モジュールのことである。
Note that the solar cell module to be combined with other solar cell modules is a solar cell module whose input voltage is less than the minimum voltage value in the input voltage specification of the
まず、入力電圧がインバータ装置2の入力電圧仕様における最小電圧値未満である太陽電池モジュールが判定対象である場合について説明する。
First, a case where a solar cell module whose input voltage is less than the minimum voltage value in the input voltage specification of the
制御部11は、判定対象の太陽電池モジュールのVocおよびVopがインバータ装置2の入力電圧仕様における最小電圧値未満である場合には(S4でYES)、フラグ変数flag1を”1”にセットする(S21)。これは、後述する各ステップにおいてステップS8からの分岐と区別するためである。 When Voc and Vop of the solar cell module to be determined are less than the minimum voltage value in the input voltage specification of the inverter device 2 (YES in S4), the control unit 11 sets the flag variable flag1 to “1” ( S21). This is for distinguishing from the branch from step S8 in each step described later.
次に、制御部11は、インバータ装置2に接続されている他の太陽電池モジュールのうち、判定対象の太陽電池モジュールのIopとほぼ等しいIopを有する太陽電池モジュールを探索する(S22)。Iopを探索基準とする理由は、複数個の太陽電池モジュールを直列に接続した場合において、最大電力動作点の出力電流が最も少ない太陽電池モジュールによって全体の出力電流が制限されてしまうためである。なお、Iopが等しいかどうかは、完全に一致する場合に限らず、たとえば±10%以内の誤差であれば等しいと判定してもよい。 Next, the control part 11 searches for the solar cell module which has Iop substantially equal to Iop of the solar cell module of determination object among the other solar cell modules connected to the inverter apparatus 2 (S22). The reason why Iop is used as a search criterion is that when a plurality of solar cell modules are connected in series, the total output current is limited by the solar cell module having the smallest output current at the maximum power operating point. It should be noted that whether or not Iop is equal is not limited to being completely coincident, and may be determined to be equal if the error is within ± 10%, for example.
ここで、制御部11は、判定対象の太陽電池モジュールとIopが等しい他の太陽電池モジュールが存在しない場合には(S22でNO)、flag1=”1”であるため(S23でYES)、判定対象の太陽電池モジュールは出力不可であると判定する(S24)。 Here, when there is no other solar cell module having the same Iop as the solar cell module to be determined (NO in S22), the control unit 11 determines that flag1 = "1" (YES in S23). It is determined that the target solar cell module cannot output (S24).
一方、制御部11は、判定対象の太陽電池モジュールとIopが等しい他の太陽電池モジュールが存在する場合には(S22でYES)、その太陽電池モジュールを選択し、選択された太陽電池モジュール(以下、選択モジュールという。)および判定対象の太陽電池モジュールからの直流電力の電圧値の合計がインバータ装置2の入力電圧仕様の範囲内であるかをチェックする(S25)。 On the other hand, when there is another solar cell module having the same Iop as the solar cell module to be determined (YES in S22), the control unit 11 selects the solar cell module and selects the selected solar cell module (hereinafter referred to as “Solar cell module”). It is checked whether the sum of the voltage values of the DC power from the solar cell module to be determined is within the range of the input voltage specification of the inverter device 2 (S25).
制御部11は、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールからの直流電力の電圧値の合計がインバータ装置2の入力電圧仕様の範囲外である場合には(S25でNO)、flag1=”1”であるため(S26でYES)、判定対象の太陽電池モジュールは出力不可であると判定する(S24)。 When the sum of the voltage values of the DC power from the selected module and the determination target solar cell module is outside the range of the input voltage specification of the inverter device 2 (NO in S25), the control unit 11 flag1 = "1". (YES in S26), it is determined that the solar cell module to be determined cannot be output (S24).
一方、制御部11は、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールからの直流電力の電圧値の合計がインバータ装置2の入力電圧仕様の範囲内である場合には(S25でYES)、flag1=”1”であるため(S27でYES)、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールの組み合わせでインバータ装置2への合成出力を行なってもよいと判定する(S29)。
On the other hand, when the sum of the voltage values of the DC power from the selected module and the solar cell module to be determined is within the input voltage specification range of the inverter device 2 (YES in S25), the control unit 11 flag1 = " Since it is 1 ″ (YES in S27), it is determined that the combined output to the
なお、ステップS22においてIopの等しい太陽電池モジュールが複数個存在する場合には、各太陽電池モジュールに対してステップS25を実行する。 When there are a plurality of solar cell modules having the same Iop in step S22, step S25 is executed for each solar cell module.
具体的には、制御部11は、ステップS25において、入力電圧仕様の範囲内である太陽電池モジュールの組み合わせが一つだけの場合には、その組み合わせを採用する。一方、制御部11は、ステップS25において、入力電圧仕様の範囲内である太陽電池モジュールの組み合わせが複数存在する場合には、ステップS28において、入力電力の仕様範囲外である組み合わせを候補から外す。 Specifically, when there is only one combination of solar cell modules within the range of the input voltage specification in step S25, the control unit 11 adopts the combination. On the other hand, when there are a plurality of combinations of solar cell modules that are within the input voltage specification range in step S25, the control unit 11 excludes combinations that are outside the input power specification range from candidates in step S28.
また、制御部11は、ステップS28において入力電力仕様の範囲内である組み合わせが複数存在する場合には、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールの合成後のVopおよびPmaxから、記憶部16に保存されている変換効率テーブルを参照して変換効率を取得する。そして、制御部11は、最も変換効率の高い太陽電池モジュールの組み合わせでインバータ装置2への合成出力を行なってもよいと判定する(S29)。
Further, when there are a plurality of combinations that are within the range of the input power specification in step S28, the control unit 11 stores the selected module and the determination target solar cell module from Vop and Pmax in the storage unit 16. The conversion efficiency is obtained by referring to the conversion efficiency table. Then, the control unit 11 determines that the combined output to the
次に、変換効率が所定の閾値以下であり、他の太陽電池モジュールとの組み合わせで太陽光発電システムの効率が向上する可能性がある太陽電池モジュールが判定対象である場合について説明する。 Next, a case where a solar cell module whose conversion efficiency is equal to or lower than a predetermined threshold and whose solar power generation system efficiency may be improved in combination with another solar cell module will be described.
制御部11は、判定対象の太陽電池モジュールの変換効率が所定の閾値以下である場合には(S8でYES)、フラグ変数flag2を”1”にセットする(S30)。これは、後述する各ステップにおいてステップS4からの分岐と区別するためである。 When the conversion efficiency of the determination target solar cell module is equal to or lower than the predetermined threshold (YES in S8), the control unit 11 sets the flag variable flag2 to “1” (S30). This is for distinguishing from the branch from step S4 in each step described later.
次に、制御部11は、インバータ装置2に接続されている他の太陽電池モジュールのうち、判定対象の太陽電池モジュールのIopとほぼ等しいIopを有する太陽電池モジュールを探索する(S22)。 Next, the control part 11 searches for the solar cell module which has Iop substantially equal to Iop of the solar cell module of determination object among the other solar cell modules connected to the inverter apparatus 2 (S22).
ここで、制御部11は、判定対象の太陽電池モジュールとIopが等しい他の太陽電池モジュールが存在しない場合には(S22でNO)、flag1=”1”でないため、すなわちflag2=”1”であるため(S23でNO)、判定対象の太陽電池モジュールを単独使用すべき、すなわち他の太陽電池モジュールと合成せずに単独でインバータ装置2へ直流電力を出力させるべきであると判定する(S9)。
Here, when there is no other solar cell module having the same Iop as the determination target solar cell module (NO in S22), the control unit 11 is not flag1 = "1", that is, flag2 = "1". For this reason (NO in S23), it is determined that the solar cell module to be determined should be used alone, that is, the DC power should be output to the
一方、制御部11は、判定対象の太陽電池モジュールとIopが等しい他の太陽電池モジュールが存在する場合には(S22でYES)、その太陽電池モジュールを選択し、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールからの直流電力の電圧値の合計がインバータ装置2の入力電圧仕様の範囲内であるかをチェックする(S25)。 On the other hand, when there is another solar cell module having the same Iop as the determination target solar cell module (YES in S22), the control unit 11 selects the solar cell module, and selects the selected module and the determination target solar cell. It is checked whether the sum of the voltage values of the DC power from the module is within the input voltage specification range of the inverter device 2 (S25).
制御部11は、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールからの直流電力の電圧値の合計がインバータ装置2の入力電圧仕様の範囲外である場合には(S25でNO)、flag2=”1”であるため(S26でNO)、判定対象の太陽電池モジュールを単独使用すべきであると判定する(S9)。 When the sum of the voltage values of the DC power from the selected module and the determination target solar cell module is outside the range of the input voltage specification of the inverter device 2 (NO in S25), the control unit 11 flag2 = "1". Therefore, it is determined that the determination target solar cell module should be used alone (S9).
一方、制御部11は、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールからの直流電力の電圧値の合計がインバータ装置2の入力電圧仕様の範囲内である場合には(S25でYES)、flag2=”1”であるため(S27でNO)、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールのPmaxの合計がインバータ装置2の入力電力仕様の範囲内であるかをチェックする(S28)。 On the other hand, when the sum of the voltage values of the DC power from the selected module and the solar cell module to be determined is within the range of the input voltage specification of the inverter device 2 (YES in S25), the control unit 11 flag2 = " Since it is 1 ″ (NO in S27), it is checked whether the sum of Pmax of the selected module and the solar cell module to be determined is within the input power specification range of the inverter device 2 (S28).
そして、制御部11は、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールのPmaxの合計がインバータ装置2の入力電力仕様の範囲内である場合には(S28でYES)、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールの組み合わせでインバータ装置2への合成出力を行なってもよいと判定する(S29)。
When the sum of Pmax of the selected module and the determination target solar cell module is within the range of the input power specification of the inverter device 2 (YES in S28), the control unit 11 selects the selected module and the determination target solar cell. It is determined that the combined output to the
一方、制御部11は、選択モジュールおよび判定対象の太陽電池モジュールのPmaxの合計がインバータ装置2の入力電力仕様を超える場合には(S28でNO)、判定対象の太陽電池モジュールを単独使用すべきであると判定する(S9)。 On the other hand, when the sum of Pmax of the selected module and the determination target solar cell module exceeds the input power specification of the inverter device 2 (NO in S28), the control unit 11 should use the determination target solar cell module alone. (S9).
なお、ステップS22においてIopの等しい太陽電池モジュールが複数個存在する場合には、各太陽電池モジュールに対してステップS25およびステップS28を実行する。 When there are a plurality of solar cell modules having the same Iop in step S22, step S25 and step S28 are executed for each solar cell module.
その他のステップは、ステップS4において、入力電圧がインバータ装置2の入力電圧仕様における最小電圧値未満である太陽電池モジュールの場合のステップと同様である。
The other steps are the same as those in the case of the solar cell module in which the input voltage is less than the minimum voltage value in the input voltage specification of the
したがって、本実施の形態に係るインバータ装置では、各太陽電池モジュールの出力特性に基づいて、各太陽電池モジュールの単独出力、合成出力および出力不可の判定、すなわち各太陽電池モジュールとチョッパ回路等の直流-直流変換器との接続関係を決定して電力供給システムを適切に構築することができる。すなわち、本実施の形態に係るインバータ装置では、ユーザが専門的な知識なしで、インバータ装置と直流電源とを含む電力供給システムを適切に構築することができる。 Therefore, in the inverter device according to the present embodiment, based on the output characteristics of each solar cell module, the individual output of each solar cell module, the combined output and the determination of the output impossibility, that is, the direct current of each solar cell module and the chopper circuit, etc. -The power supply system can be appropriately constructed by determining the connection relationship with the DC converter. That is, in the inverter device according to the present embodiment, the user can appropriately construct a power supply system including the inverter device and the DC power source without specialized knowledge.
なお、ステップS8では、変換効率を判定条件としたが、これに限定するものではなく、太陽電池モジュールからの入力電圧を判定条件としてもよい。 In step S8, the conversion efficiency is set as the determination condition. However, the present invention is not limited to this, and the input voltage from the solar cell module may be set as the determination condition.
また、表示部14は、前述の制御部11の各判定結果を表示してユーザに知らせる構成とすることができる。
Further, the
また、制御部11は、各太陽電池モジュールのPmaxの合計と、インバータ装置2の入力電力仕様における最大電力値との差を算出する。そして、表示部14は、制御部11が算出した差を表示する。このような構成により、ユーザにあとどれくらいの容量の太陽電池モジュールを接続できるかを知らせることができる。
Further, the control unit 11 calculates the difference between the total Pmax of each solar cell module and the maximum power value in the input power specification of the
また、本実施の形態に係るインバータ装置では、直流電源を太陽電池モジュールとして説明したが、これに限定するものではなく、太陽電池モジュールの代わりに燃料電池等の他の発電方式を採用する直流電源を備える構成とすることができる。 In the inverter device according to the present embodiment, the DC power source has been described as a solar cell module. However, the present invention is not limited to this, and the DC power source adopts another power generation method such as a fuel cell instead of the solar cell module. It can be set as the structure provided with.
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<第2の実施の形態>
[構成および基本動作]
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るインバータ装置の構成を示す図である。同図を参照して、インバータ装置は、第1の実施の形態に係るインバータ装置に対して、さらに、スイッチ17a〜17dを備える。矢印は電流の流れを示している。
<Second Embodiment>
[Configuration and basic operation]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an inverter device according to the second embodiment of the present invention. With reference to the same figure, the inverter apparatus is further provided with
スイッチ17a〜17dは、太陽電池モジュール1a〜1cおよびチョッパ回路6a〜6cの接続関係を切り替えて、太陽電池モジュール1a〜1cの全部または一部からの直流電力をチョッパ回路経由で直列にインバータ部9へ出力することができる。より詳細には、スイッチ17a〜17dは、太陽電池モジュール1a〜1cから直流電力が並列にチョッパ回路6a〜6cへ出力されている接続関係と、太陽電池モジュール1a〜1cからの直流電力の全部または一部が、チョッパ回路6a〜6cのうちのいずれかに直列に出力される接続関係とを切り替える。
The
制御部11は、第1の実施の形態に係るインバータ装置と同様に、太陽電池モジュール1a〜1cの出力特性に基づいて太陽電池モジュール1a〜1cおよびチョッパ回路6a〜6cの接続関係を決定する。そして、制御部11はスイッチ17a〜17dを制御して、決定した接続関係に切り替える。
Control unit 11 determines the connection relationship between
同図において、制御部11は、スイッチ17a〜17dを制御して太陽電池モジュール1a〜1bを直列に接続することにより、太陽電池モジュール1a〜1bの直流電力を合成してチョッパ回路6aへ出力し、また、太陽電池モジュール1cからの直流電力は通常どおりチョッパ回路6cへ出力している。
In the same figure, the control part 11 synthesize | combines the direct-current power of
図6は、制御部11が行なうスイッチ制御の他の例を示す図である。
同図において、制御部11は、スイッチ17a〜17dを制御して太陽電池モジュール1aおよび太陽電池モジュール1cを直列に接続することにより、太陽電池モジュール1a〜1bの直流電力を合成してチョッパ回路6aへ出力し、また、太陽電池モジュール1bからの直流電力は通常どおりチョッパ回路6bへ出力している。
FIG. 6 is a diagram illustrating another example of switch control performed by the control unit 11.
In the figure, the control unit 11 controls the
その他の構成および動作は第1の実施の形態に係るインバータ装置と同様である。
したがって、本実施の形態に係るインバータ装置では、第1の実施の形態に係るインバータ装置と同様に、インバータ装置と直流電源とを含む電力供給システムを適切に構築することできる。
Other configurations and operations are the same as those of the inverter device according to the first embodiment.
Therefore, in the inverter device according to the present embodiment, similarly to the inverter device according to the first embodiment, a power supply system including the inverter device and a DC power supply can be appropriately constructed.
さらに、本実施の形態に係るインバータ装置では、スイッチ17a〜17dが太陽電池モジュール1a〜1cおよびチョッパ回路6a〜6cの接続関係を切り替えることにより、インバータ装置内部で各太陽電池モジュールの直列接続が可能となり、インバータ装置外部で太陽電池モジュールの接続作業を行なう必要がなくなり、ユーザが容易に電力供給システムの構築を行なうことができる。
Furthermore, in the inverter device according to the present embodiment, the
また、スイッチ17a〜17dを手動で切り替える構成ではなく、リレー等の電磁駆動で切り替える構成とすることにより、インバータ装置2における制御部11が決定した接続関係をインバータ装置2側で自動的に構成することができ、電力供給システムの構築が極めて容易となる。
Further, the connection relationship determined by the control unit 11 in the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1a〜1c,101 太陽電池モジュール(直流電源)、2,102 インバータ装置、3a〜3c リアクトル、4a〜4c スイッチング素子、5a〜5c ダイオード、6a〜6c チョッパ回路、7 コンデンサ、8 分圧抵抗、9,104 インバータ部、10a〜10c 検出部、11,106 制御部、12 プラグ、14,109 表示部、15,110 商用電力系統、16 記憶部、17a〜17d スイッチ、103 直流-直流変換器、105 フィルタ、107 保護リレー、108 連系リレー、111 自立リレー、112 コンセント。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記複数個の直流電源の出力特性に基づいて前記各直流電源および前記インバータ部の接続関係を決定する制御部とを備えるインバータ装置。 An inverter unit that converts DC power output from at least one of a plurality of DC power sources into AC power and supplies the AC power to a load;
An inverter device comprising: a control unit that determines a connection relationship between each DC power source and the inverter unit based on output characteristics of the plurality of DC power sources.
前記制御部が決定した接続関係を表示する表示部を備える請求項1記載のインバータ装置。 The inverter device further includes:
The inverter apparatus of Claim 1 provided with the display part which displays the connection relation which the said control part determined.
スイッチング素子のオン状態およびオフ状態を切り替えることにより、前記直流電源から受けた直流電力の電圧値を調整する直流-直流変換器を備え、
前記インバータ部は、前記電圧値の調整された直流電力を交流電力に変換して前記負荷へ出力し、
前記制御部は、前記スイッチング素子を制御することにより前記直流電源の出力特性を測定し、前記測定結果に基づいて前記接続関係を決定する請求項1記載のインバータ装置。 The inverter device further includes:
A DC-DC converter that adjusts the voltage value of the DC power received from the DC power supply by switching the ON state and the OFF state of the switching element,
The inverter unit converts the DC power having the adjusted voltage value into AC power and outputs the AC power to the load.
The inverter device according to claim 1, wherein the control unit measures an output characteristic of the DC power supply by controlling the switching element, and determines the connection relation based on the measurement result.
前記測定結果を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、現在の前記測定結果および前記記憶部に記憶されている過去の前記測定結果に基づいて前記接続関係を決定する請求項4記載のインバータ装置。 The inverter device further includes:
A storage unit for storing the measurement results;
The inverter device according to claim 4, wherein the control unit determines the connection relation based on the current measurement result and the past measurement result stored in the storage unit.
前記インバータ装置は、さらに、
前記制御部が算出した電力差を表示する表示部を備える請求項1記載のインバータ装置。 The control unit calculates the difference between the sum of the maximum values of DC power from the plurality of DC power supplies and the maximum value in the input power specifications of the inverter device,
The inverter device further includes:
The inverter apparatus of Claim 1 provided with the display part which displays the electric power difference which the said control part calculated.
前記各直流電源からの直流電力が並列に前記インバータ部へ出力される接続関係と、前記複数個の直流電源の全部または一部からの直流電力が直列に前記インバータ部へ出力される接続関係とを切り替えるスイッチとを備えるインバータ装置。 An inverter unit that converts DC power output from at least one of a plurality of DC power sources into AC power and supplies the AC power to a load;
A connection relationship in which DC power from each DC power source is output in parallel to the inverter unit, and a connection relationship in which DC power from all or part of the plurality of DC power sources is output to the inverter unit in series An inverter device comprising a switch for switching between.
前記複数個の直流電源の出力特性に基づいて前記各直流電源および前記インバータ部の接続関係を決定し、前記スイッチを制御して前記決定した接続関係に切り替える制御部を備える請求項7記載のインバータ装置。 The inverter device further includes:
The inverter according to claim 7, further comprising a control unit that determines a connection relationship between each of the DC power sources and the inverter unit based on output characteristics of the plurality of DC power sources, and controls the switch to switch to the determined connection relationship. apparatus.
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