JP2007236193A - Power supply including system interconnection inverter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、系統連系インバータを含む電源装置に係り、例えば太陽電池や燃料電池等の直流電源、あるいはガスタービン発電機や風力発電機等から生成した交流電力を整流して形成した直流電源、の電圧を変圧して、商用交流系統電源(以下、系統電源という)に接続した負荷に、逆変換した交流電力を供給する系統連系インバータを含む電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device including a grid-connected inverter, for example, a DC power source such as a solar cell or a fuel cell, or a DC power source formed by rectifying AC power generated from a gas turbine generator or a wind power generator, It is related with the power supply device containing the grid connection inverter which transforms the voltage of this and supplies the alternating current power reversely converted to the load connected to the commercial alternating current system power supply (henceforth a system power supply).
近年、太陽電池や燃料電池、あるいはガスタービン発電機等の小規模の発電設備が広く普及しつつある。これらの発電設備においては、太陽電池や燃料電池等で発電した直流電力、またはガスタービン発電機や風力発電機等により発電した交流電力を整流して得られた直流電力を、DC/DCコンバータやチョッパ回路等により変圧して、インバータにより交流電力に逆変換して負荷に電力を供給する場合が多い。このような場合には、負荷は系統電源に接続され、発電設備から電力が供給されないとき、または不足するときには、系統電源から電力が供給されるようになっている。 In recent years, small-scale power generation facilities such as solar cells, fuel cells, and gas turbine generators are becoming widespread. In these power generation facilities, DC power generated by solar cells, fuel cells, or the like, or DC power obtained by rectifying AC power generated by a gas turbine generator, a wind power generator, etc., is converted into a DC / DC converter, In many cases, a transformer is transformed by a chopper circuit or the like, and is converted back to AC power by an inverter to supply power to a load. In such a case, the load is connected to the system power supply, and when power is not supplied from the power generation facility or when it is insufficient, power is supplied from the system power supply.
このような直流電力を交流電力に逆変換して系統電源に接続された負荷に電力を供給する系統連系インバータを含む発電設備においては、系統電源に接続されることから種々の規制が設けられている。その一つに、逆潮流の制限という規制がある。この規制の一例は、「発電設備の構内から系統電源側に向かう有効電力の流れ(潮流)が配電用変電所のバンクにおいて生じないようにすること」というものである。即ち、発電設備により発電された有効電力は、すべて発電設備が存在する構内の線路負荷に供給され、有効電力が系統電源側に流出することを制限したものである。 In a power generation facility including a grid-connected inverter that reversely converts such DC power into AC power and supplies power to a load connected to the grid power supply, various regulations are provided because it is connected to the grid power supply. ing. One of them is the restriction of restricting reverse power flow. An example of this regulation is “to prevent the flow of active power (tidal current) from the premises of the power generation facility to the system power supply side from occurring in the bank of the distribution substation”. That is, all the active power generated by the power generation facility is supplied to the line load in the premises where the power generation facility exists, and the active power is restricted from flowing out to the system power source side.
ところで、発電設備構内の線路負荷の所要電力は時々刻々変動する。これに対して、発電設備の発電能力は、例えば太陽電池等は日照条件によって決まり、発電電力が線路負荷の所要電力に直ちに追従することができない。このため、線路負荷の所要電力が発電電力を下回ると、余剰電力が生じ、余剰の発電電力が系統電源側に向かうため、いわゆる逆潮流となる。そこで、発電電力は約一定に保ち、擬似負荷(例えばヒータ等の電力抵抗器)を設け、線路負荷の変動に応じて擬似負荷に余剰電力を吸収させるという方法が一般に採用されている(例えば、特開2000−320401号公報、特開2002−281672号公報参照)。 By the way, the required power of the line load in the power generation facility varies from time to time. On the other hand, the power generation capacity of the power generation facility is determined by the sunshine conditions for solar cells, for example, and the generated power cannot immediately follow the required power of the line load. For this reason, when the required power of the line load is lower than the generated power, surplus power is generated, and the surplus generated power is directed to the system power supply side, which is a so-called reverse power flow. Therefore, a method is generally adopted in which the generated power is kept approximately constant, a pseudo load (for example, a power resistor such as a heater) is provided, and the surplus power is absorbed by the pseudo load in accordance with fluctuations in the line load (for example, (See JP 2000-320401 A and JP 2002-281672 A).
しかしながら、線路負荷は時々刻々と変化するため、事前予測することができない。また、実際には擬似負荷の大きさには製造誤差等が含まれており、温度・湿度等の環境により変動する。そして、約一定のペースで発電している発電出力のうち、線路負荷が消費する以外の余剰電力を正確に擬似負荷に供給するということは必ずしも容易ではない。
また、擬似負荷を開閉制御する電力素子として、例えばサイリスタ等を使用し、通電角度で電力素子をリニアに制御しようとすると、インバータの出力電圧または出力電流波形が歪んでTHD(Total Harmonic Distortion)が規格値を超える可能性がある。
同様に、ハーフブリッジインバータのような装置を使用すると、雑音電圧(ノイズ)を発生するという悪影響を与え、フィルタの取り付けが必要となり、価格が上昇するという問題もある。
However, since the line load changes from moment to moment, it cannot be predicted in advance. In practice, the magnitude of the pseudo load includes manufacturing errors and the like, and varies depending on the environment such as temperature and humidity. And, it is not always easy to accurately supply surplus power other than that consumed by the line load to the pseudo load among the power generation outputs that are generated at a constant pace.
In addition, if a thyristor or the like is used as a power element for controlling the opening and closing of the pseudo load, and the power element is controlled linearly at the energization angle, the output voltage or output current waveform of the inverter is distorted and THD (Total Harmonic Distortion) is generated. The standard value may be exceeded.
Similarly, when a device such as a half-bridge inverter is used, there is an adverse effect of generating a noise voltage (noise), a filter needs to be attached, and there is a problem that the price increases.
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、簡単な設備構成で時々刻々変動する余剰電力を的確に擬似負荷に供給することができると共に、出力電圧・出力電流の歪み波率を損じることなく、また、電磁波障害への影響を抑えることが可能な系統連系インバータを含む電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can easily supply surplus power that varies from moment to moment to a pseudo load with a simple equipment configuration, and can also provide a distortion wave rate of output voltage and output current. It is an object of the present invention to provide a power supply device including a grid interconnection inverter that can suppress the influence on the electromagnetic interference without damaging it.
本発明の系統連系インバータを含む電源装置は、直流電力を交流電力に逆変換して、系統電源に接続される負荷に前記交流電力を供給する系統連系インバータと、前記負荷に電力素子を介して並列に接続された擬似負荷と、前記系統電源の電圧と、前記系統電源に流出入する電流とを検出する回路と、該回路により検出された電圧及び電流に基づいて、前記電力素子をオン・オフする制御部と、前記回路により検出された電圧及び電流に基づいて電力潮流を演算する演算部と、前記演算部により演算された電力潮流のデータを記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とするものである。 A power supply apparatus including a grid interconnection inverter according to the present invention includes a grid interconnection inverter that reversely converts DC power into AC power and supplies the AC power to a load connected to the grid power supply, and a power element in the load. Through the pseudo load connected in parallel, the voltage of the system power supply, the circuit for detecting the current flowing into and out of the system power supply, and the power element based on the voltage and current detected by the circuit A control unit that turns on / off, a calculation unit that calculates a power flow based on the voltage and current detected by the circuit, and a storage device that stores data of the power flow calculated by the calculation unit It is characterized by.
ここで、前記演算処理は、前記負荷及び系統電源側に設置された系統電圧と電流を検出する回路により、系統電圧値と系統電源から負荷側に流出入する電流値を検出し、系統電圧値と電流値により系統電源から負荷側に流出入する電力値を交流1周期または半周期毎等の一定周期毎に演算し、更に前記交流1周期または半周期等の一定周期の演算した電力値を順次累算することで、電力潮流の状態値を演算する。電力値の演算は、交流1周期または半周期のゼロクロス点間を積分演算することが好ましいが、例えばピーク値から電力値を演算するようにしてもよい。また、演算周期も必ずしも交流1周期または半周期である必要はなく任意の一定周期とすることができる。例えば交流2周期または3周期としてもよい。そして、前記一定周期の電力値の演算の累算値(状態値)が予め指定されたレベル、例えばゼロ以下となった次の周期または任意の時間後に、前記電力素子をオンにして擬似負荷に電力を供給する。 Here, the arithmetic processing detects a system voltage value and a current value flowing in and out from the system power source to the load side by a circuit that detects the system voltage and current installed on the load and system power source side, and the system voltage value The power value flowing in and out from the system power supply to the load side by the current value is calculated at a constant cycle such as one cycle or half cycle of AC, and the calculated power value of a fixed cycle such as one cycle or half cycle of AC is further calculated. The state value of the power flow is calculated by sequentially accumulating. As for the calculation of the power value, it is preferable to perform an integral calculation between zero-cross points of one AC cycle or half cycle, but the power value may be calculated from a peak value, for example. Also, the calculation cycle does not necessarily have to be one AC cycle or half cycle, and can be any fixed cycle. For example, the AC cycle may be two cycles or three cycles. Then, the accumulated value (state value) of the calculation of the power value in the fixed period is set to a pseudo load by turning on the power element after a predetermined level, for example, the next period or an arbitrary time after becoming zero or less. Supply power.
これにより、時々刻々変化する負荷の電力消費状況を的確に把握して、簡単な設備構成で余剰電力を的確に擬似負荷に供給することができる。例えば、前記電力素子として、SSR(solid state relay)やリレーまたはサイリスタ等の各種の電力スイッチング素子を利用することができる。また、演算部としてマイクロコンピュータ等のプログラムによるごく簡単な積分・加算手段等を備えるだけで、系統電源側に有効電力が流出するいわゆる逆潮流を的確に防止することが可能になる。また、交流1周期、半周期等の制御周期は、出力電圧・出力電流の歪み波率を損じることがない。また、電磁波障害への影響を抑えることが可能である。 As a result, it is possible to accurately grasp the power consumption state of the load that changes from moment to moment, and to supply surplus power to the pseudo load accurately with a simple equipment configuration. For example, various power switching elements such as an SSR (solid state relay), a relay, or a thyristor can be used as the power element. Moreover, it is possible to accurately prevent a so-called reverse power flow in which the active power flows out to the system power supply side only by providing a simple integration / addition means or the like by a program such as a microcomputer as the arithmetic unit. Further, a control cycle such as an AC cycle or a half cycle does not impair the distortion wave rate of the output voltage / output current. Moreover, it is possible to suppress the influence on electromagnetic interference.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図中、同一の機能を有する部材または要素には同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態の系統連系インバータを含む電源装置の概略構成を示す。直流電源11は、太陽電池または燃料電池等の直流電源、あるいはガスタービン発電機の交流出力を整流して得た直流電源である。この直流電源11の出力電圧は一般に低いので、DC/DCコンバータ12等により系統電源の交流電圧を形成するのに十分な程度の電圧に昇圧され、この昇圧された直流電圧が、インバータ13に供給される。なお、直流電源11の出力電圧が高い場合には必要に応じて降圧される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the member or element which has the same function, and the duplicate description is abbreviate | omitted.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a power supply apparatus including a grid interconnection inverter according to an embodiment of the present invention. The
インバータ13には電力スイッチング素子を備え、コントローラ15より供給される例えばパルス幅変調(PWM)信号により、電力スイッチング素子がオン・オフ制御され、直流電力から逆変換された交流電力がその出力端より出力される。インバータ13の出力電圧波形は、パルス幅変調(PWM)信号により形成されているので高調波成分を多量に含む。このため、フィルタ16により高調波成分を除去して、インバータ出力の正弦波電圧は系統電源に連系して負荷17に接続した負荷線路18に供給される。
The
ここで、この直流電源11から負荷17に到る発電および電力供給設備は、発電設備設置者の構内に配置されている。そして、負荷17を接続した負荷線路18は、発電設備設置者の構外の系統電源20に接続されている。したがって、例えば太陽電池等の直流電源11が発電しない時間帯等においては、負荷設備17への電力の供給は、系統電源20側からの送電により行われる。また、直流電源11の発電電力量が負荷設備17の所要電力量を下回る場合にも、負荷設備17で消費される電力の一部が系統電源20側から送られる。
Here, the power generation and power supply facilities from the DC
ところで、直流電源11の発電電力量が負荷設備17の所要電力量を上回る場合に、余剰電力を系統電源20側に送出するいわゆる売電が行われる場合があるが、有効電力の系統電源20側への送出を逆潮流として一切認めない場合もある。この実施形態の系統連系インバータ装置は、このような逆潮流が一切認められない場合に好適なものである。即ち、直流電源11の発電電力量が負荷17の所要電力量を上回る場合に、インバータ出力電力のうち、余剰電力を擬似負荷21に電力素子22を介して供給する。
By the way, when the generated power amount of the
ここで擬似負荷21としては、バッテリチャージャまたはフライホイールといったエネルギーを蓄積することができる装置やあるいはヒータ等の電力抵抗器を用いてもよい。即ち、バッテリチャージャ等の場合は余剰電力を電力エネルギーとして蓄積することができ、ヒータ等の場合は電力抵抗器に負荷電流を供給することで電力エネルギーを熱エネルギーに変換し、電力抵抗器の周囲に配置された水等を加熱することで余剰電力を吸収することができる。また、電力素子22としては、例えばSSR(solid state relay)またはサイリスタ、リレー等の各種の電力スイッチング素子が用いられる。この電力素子22をオンさせることでインバータ出力の余剰電力を擬似負荷21に供給し、電力素子22をオフすることで擬似負荷21への電力の供給を遮断する。
Here, as the
電力素子22のオン・オフは、インバータの出力電圧・出力電流波形の歪み波率(THD)を損じることがないように、半周期或いは一周期ごとにゼロクロス点間で行われることが好ましい。また、半周期毎の制御時は直流成分を出力させないために、連続的に正の半波或いは負の半波が出力しないように制御を行い、全体的に正の半波と負の半波それぞれの出力がバランスをとるように制御する。なお、波形の歪み波率(THD)を無視できる場合は、ゼロクロス等の周期で行うことを考慮せず、任意の一定時間間隔でオン・オフ制御することも可能である。
The
負荷17側から系統電源20側に流れる電力の逆潮流は、電流検出器23および電圧検出器24により検出される。電流検出器23は電流センサ回路25に接続され、検出された電流値をコントローラ15に入力する。また、電圧検出器24は電圧センサ回路26に接続され、検出された電圧値を同様にコントローラ15に入力する。電流検出器23は、系統電源への接続部に配置され、系統電源に入出力する電流を検出する。電圧検出器24は、フィルタ16の出力側に配置され、系統電源の電圧を検出する。
A reverse power flow flowing from the
そして、コントローラ15で、検出された電流値および電圧値を交流1周期または半周期等の一定周期毎に演算することで、系統電源20と負荷17側に流出入する電力値がコントローラ15にて検出される。このとき、系統電源20側から負荷線路18側に流れる電力が順潮流であり、負荷線路18側から系統電源20側に流れる電力が逆潮流である。従って、この演算結果から負荷線路18側から系統電源20側に流出するいわゆる逆潮流の大きさを検出することができる。
Then, the
図2は、擬似負荷に余剰電力を供給する制御装置の構成例を示す。この実施形態のおいては、負荷17に並列に接続した擬似負荷21に電力の供給を制御する電力素子として、SSR(solid state relay)22aを用いたものである。コントローラ15の内部には、電力演算部28を備え、電流センサ回路25および電圧センサ回路26から入力される信号を演算処理し、負荷側から系統電源側に流出入する電力を検出する。なお、電力素子として、SSR(solid state relay)に代えて、リレー、サイリスタ等の各種の電力スイッチング素子を用いることもできる。
FIG. 2 shows a configuration example of a control device that supplies surplus power to the pseudo load. In this embodiment, an SSR (solid state relay) 22 a is used as a power element that controls the supply of power to the
電力演算部28で検出された電力は演算部29に入力され、検出された電力を交流1周期または半周期等の一定周期毎に演算することにより、その時点での電力の流れ、いわゆる逆潮流の大きさ(電力値)を検出する。そして、演算部29によって交流1周期または半周期等の一定周期毎の電力値を加算(減算)演算した累算電力値(電力潮流の状態値)の大きさに基づいて、擬似負荷21の電力素子22aをオン・オフする制御信号を発生する制御部30が備えられている。ここで演算部29と制御部30は、交流1周期または半周期等の一定周期毎に電力演算部28で検出された電力の演算を行い、各周期毎に累算し、累算した累算値が予め指定されたレベル、例えばゼロ以下となった次の周期に、電力素子22aをオンにして擬似負荷21に電力を供給する。従って、このとき擬似負荷21にはインバータの発電電力の全量又は一部分を吸収し、擬似負荷と負荷17の所要電力の合計がインバータの供給電力を超えて、不足したものが系統電源20から順潮流として供給される。
The power detected by the
すなわち、逆潮流が生じているときに、電力素子22がオフの状態の逆潮流の大きさを各周期毎に累算し、この状態値(累算値)が一定値(例えば疑似負荷21の容量)に到達したときに、電力素子22をオンすることで、インバータの出力電力を疑似負荷に吸収させることができ、負荷17には系統電源から逆潮流の累算値にみあった順潮流を供給することができる。したがって、平均的には、逆潮流を順潮流でキャンセルでき、系統電源側に逆潮流が生じないようにすることができる。
That is, when a reverse power flow occurs, the magnitude of the reverse power flow with the
コントローラ15は、マイクロコンピュータ等により構成され、電力演算部28、演算部29、制御部30はいずれもマイクロコンピュータ内部に設けられた論理演算手段として構成されている。そして、演算手段は単に電力演算部の出力値を微少時間毎に加算するだけであるので、極めて簡単なプログラム処理で実現可能である。また、コントローラ15には、演算部29にて演算した電力潮流のデータを記憶するメモリなどの記憶装置からなる記憶部31と、データを表示手段などに出力する出力部32を備えている。同様に、コントローラ15には、この電力潮流制御のオン・オフを選択する選択部33を備えている。
The
次に、図3を参照して具体的な動作例について説明する。上述したように、電力演算部および演算部の動作は、系統電源の交流1周期または半周期を基準として行う。即ち、50Hz地区の場合は1周期は20msecとなり、60Hz地区の場合は16.67msecとなり、この各周期または半周期毎に電力値の演算を行い、演算結果の加算(減算)演算を行い、累算値(電力潮流の状態値)に基づいて制御部の出力等の処理を行う。図3に示す例は、20msec毎の演算部における演算値(電力値)の加減算(累算)結果と、制御部における電力素子への出力制御信号とを示している。ここで、T1,T2,・・・は、各20msecである。 Next, a specific operation example will be described with reference to FIG. As described above, the operations of the power calculation unit and the calculation unit are performed based on one AC cycle or half cycle of the system power supply. That is, in the 50 Hz area, one period is 20 msec, and in the 60 Hz area, it is 16.67 msec. The power value is calculated for each period or half period, and the calculation result is added (subtracted). Based on the calculated value (state value of power flow), processing such as output of the control unit is performed. The example shown in FIG. 3 shows the addition / subtraction (accumulation) result of the calculation value (power value) in the calculation unit every 20 msec and the output control signal to the power element in the control unit. Here, T 1 , T 2 ,... Are each 20 msec.
この例では、直流電源11の発電電力が1kWであり、擬似負荷が同じく1kWである場合に、負荷が1kWから時間T1において800Wに変化した場合を示している。そして、時間T1における系統電力累算値(状態値)の初期値として例えば500Wが与えられる。この場合には、発電出力が1kWであり、負荷の所要電力が800Wであるので、疑似負荷がオフのときに、200Wの逆潮流が生じる。このため、時間T2において、系統電力累算値は300W(500W−200W)となり、時間T3において、系統電力累算値は100W(300W−200W)となる。このようにして、時間T4になると、系統電力累算値(状態値)は−100W(マイナス)となり、次の時間T5において制御部30が電力素子22aに対してオン信号を出力する。この時、インバータの発電電力である1kWの電力はすべて擬似負荷21に吸収され、系統電源21側からは順潮流800Wが負荷17に供給される。
In this example, when the generated power of the
このため、この時の系統電力累算値は700W(−100W−(−800W))となる。そして、時間T6〜T9においては、制御部30における電力素子22aの制御信号はいずれもオフであるため、擬似負荷にはその間において電力が供給されず、200Wの逆潮流の状態となる。このため系統電力累算値はT6において500Wとなる。
For this reason, the accumulated value of the system power at this time is 700 W (−100 W − (− 800 W)). Then, at time T 6 through T 9, for control signals of the
次に、時間T7において電力累算値は300Wとなり、T8において電力累算値は100Wとなり、T9において電力累算値は−100Wとなる。これにより、次の時間T10において電力素子に対してオン信号が形成される。すなわち、この時点において、周期T6,T7,T8,T9における逆潮流の累算値800Wが周期T10における順潮流によりキャンセルされ、平均的に見ると、系統電源20に逆潮流が生じないことになる。そして、T10以降においてはT6〜T10のサイクルが繰り返される。 Next, the accumulated power value is 300 W at time T 7 , the accumulated power value is 100 W at T 8 , and the accumulated power value is −100 W at T 9 . Accordingly, an ON signal is formed for the power elements in the next time T 10. That is, at this time point, the accumulated value 800 W of the reverse power flow in the periods T 6 , T 7 , T 8 , and T 9 is canceled by the forward power flow in the period T 10 . It will not occur. Then, the T 10 after the cycle T 6 through T 10 are repeated.
従って、上記演算部29においては、初期値に対して逆潮流の電力値を累算(減算)することにより、その累算値がマイナスに転じると、制御部30はその次のサイクルで電力素子22にオン信号を供給し、発電電力相当分の電力を擬似負荷に吸収させるようにしたものである。これにより、平均的にみると、逆潮流の累算値と順潮流の累算値とが自動的にバランスし、平均値的に見た系統電源への逆潮流の発生を防止することができる。そして、例えば20msecあるいは16.67msec、或いはこれらの各半周期毎に逆潮流の大きさを演算により検出して、これを順次加減算演算(累算)して、これに見合った順電流を疑似負荷をオンにして形成するので、時々刻々変動する負荷の所要電力に対応して発電電力の余剰電力分を的確に擬似負荷に供給することができ、トータルとしての逆潮流が生じないようにすることができる。
Therefore, in the
上記には簡略化のために、系統電力、インバータ出力、擬似負荷、負荷の大きさを全て整数で表しているが、実際には系統電力は電圧・電流センサによりさらに細かい単位で計算され、最終的に電力値を加減算により累算して演算するため、結果的に正確に電力潮流を演算することができる。よって擬似負荷の製造誤差や時々刻々と負荷が変動した場合においても、余剰電力を的確に擬似負荷に供給することができる。 In the above, for simplification, the grid power, inverter output, pseudo load, and load size are all expressed as integers. However, the grid power is actually calculated in finer units by the voltage / current sensor. Since the power value is accumulated and added and subtracted, the power flow can be accurately calculated as a result. Therefore, even when the manufacturing error of the pseudo load or the load fluctuates every moment, surplus power can be accurately supplied to the pseudo load.
また、上記例においては、演算部29の累算値の累算結果がゼロより小さいという条件で、制御部30は電力素子のON/OFFを判断する。しかしながら、ゼロではなくゼロを基準として決められたヒステリシスを正または負に設けて動作させるなどのあらかじめ決められた設定値とすることも可能である。
In the above example, the
ここで、擬似負荷21は、一般的にハードウェアの設計時にインバータ定格出力より少し大きい負荷容量を選択する。例えば、インバータ定格出力が1kWである場合は擬似負荷として1.2kWのヒータを選定する。またユーザの通常使用時の消費電力が事前に分かる場合は、それに合わせて擬似負荷容量を選定すれば良い。
Here, the
擬似負荷の容量を設置現場の状況に応じて変更することにより、インバータ出力が異なる場合においても制御方法を変えることなく対応することが可能である。
また、疑似負荷の容量を入力手段により予め設定することで、電力素子のオン・オフのパターンにより疑似負荷の消費電力を調整できる。
By changing the capacity of the pseudo load according to the situation of the installation site, it is possible to cope with the case where the inverter output is different without changing the control method.
Further, by setting the capacity of the pseudo load in advance by the input means, the power consumption of the pseudo load can be adjusted by the on / off pattern of the power element.
また、疑似負荷に流入出する電流を検知する回路を追加するとともに、擬似負荷の容量とは別に、疑似負荷で消費する電力の設定値を例えばタッチパネル等の設定手段により入力できることが好ましい。これにより、売電を行うことがコスト的に有利な場合、あるいは擬似負荷に電力を供給し、例えば給湯等の熱エネルギーへ変換することがコスト的に有利になる場合をユーザが総合的に考慮して、選択することができる。また、設定手段により擬似負荷の消費電力値を設定することにより、消費電力設定値に応じた疑似負荷への電力供給制御を行うこともできる。 Further, it is preferable that a circuit for detecting a current flowing into and out of the pseudo load is added and a set value of power consumed by the pseudo load can be input by a setting unit such as a touch panel, in addition to the capacity of the pseudo load. As a result, the user comprehensively considers when selling power is advantageous in terms of cost, or when it is advantageous in terms of cost to supply power to a pseudo load and convert it into heat energy such as hot water, for example. Then you can choose. Further, by setting the power consumption value of the pseudo load by the setting means, it is possible to perform power supply control to the pseudo load in accordance with the power consumption setting value.
さらに、上記に記載した内容に加えて、時間帯別に売電と擬似負荷への供給をそれぞれ設定することにより、例えば昼夜といった時間帯に応じて、売電と擬似負荷への供給を切替えて制御することも可能である。
前記演算部29にて演算した電力潮流のデータをメモリなどの記憶装置31に記憶し、後述のようにディジタルフィルタなどのデータ処理手段により、系統電力潮流をLEDなどの表示装置で表示できる。また、記憶した電力潮流のデータを出力部32を介して、外部機器へ出力することで、故障が発生した前後の電力潮流の状態から補修作業の参考とする、あるいは使用者が電力潮流の状態から売電あるいは逆潮流の経済効果を予測することや参考とすることができる。
Furthermore, in addition to the contents described above, by setting the power sale and the supply to the pseudo load for each time zone, control the power sale and the supply to the pseudo load according to the time zone such as day and night, for example. It is also possible to do.
The power flow data calculated by the
なお、前記演算部29にて演算した電力潮流のデータを外部機器へ信号または通信により出力することで、外部上位機器が系統連系インバータ装置の出力だけではなく、負荷を含む全体の電力潮流を把握できる。
また、例えば発電システム等の外部上位機器に対して、逆潮流電力あるいは擬似負荷の消費電力の情報を出力することにより、外部上位機器から前述した疑似負荷の設定容量を通信または接点等により入力し、その設定に基づき制御を行うことも可能である。
また、マイクロガスタービン、燃料電池などからの供給電力である場合に、前記電力潮流のデータに基づき、外部上位機器は供給電力を調整することで、負荷側の要求に合わせ経済的な運転が可能になる。
In addition, by outputting the power flow data calculated by the
In addition, for example, by outputting information on reverse power flow or power consumption of a pseudo load to an external host device such as a power generation system, the above-mentioned set capacity of the pseudo load is input from the external host device via communication or contact. It is also possible to perform control based on the setting.
In addition, when the power is supplied from a micro gas turbine, fuel cell, etc., the external host device can adjust the power supply based on the power flow data, so that it can be economically operated to meet the load-side requirements. become.
例えば、上記例では、電力素子が前回ONになってから今回ONまでの間に、電力素子がONになる周期を除くと、電力潮流は毎回200Wの逆潮流が生じているが、その逆潮流の数値200Wは移動平均法などにより平滑化され、供給電力の減少指令値として計算できる。前記供給電力の減少指令値200Wに従って、外部上位機器は供給電力を比較的遅い速度で1kWから800Wまで下げ調整制御を行うことで、最終的にインバータ出力と負荷と釣り合い、逆潮流が生じなくなるようにすることができる。
For example, in the above example, the power flow has a reverse power flow of 200 W each time except for the period when the power device is turned on from the previous power-on to the current power-on. The
また、上述インバータ出力と負荷と釣り合う場合に、例えば負荷が100W大きくなると、電力潮流は順潮流の100Wになる。その時に、当然に電力素子がオフされている。そのために、順潮流の数値100Wは移動平均法などにより平滑化され、供給電力の増加指令値として計算できる。外部上位機器は供給電力を比較的遅い速度で800Wから900Wまで上げ調整制御を行い、最終的にインバータ出力は逆潮流が生じない条件で負荷と釣り合うことができる。ここでは、インバータ出力は最大出力の1kWを超えないように注意を払う必要がある。上述の方法に従って供給電力を上下に調整制御を施すことで、最終的に電源装置出力は負荷側とバランスを取り、経済性が高い運転が可能になる。 Further, when the inverter output and the load are balanced, for example, when the load increases by 100 W, the power flow becomes 100 W, which is a forward flow. At that time, the power element is naturally turned off. Therefore, the forward current value of 100 W is smoothed by a moving average method or the like, and can be calculated as an increase command value of the supplied power. The external host device increases the supplied power from 800 W to 900 W at a relatively slow speed and performs adjustment control, and finally the inverter output can be balanced with the load under the condition that no reverse power flow occurs. Here, care must be taken so that the inverter output does not exceed the maximum output of 1 kW. By performing adjustment control of the supplied power up and down according to the above-described method, the output of the power supply device is finally balanced with the load side, and operation with high economics becomes possible.
また、前記擬似負荷をオン・オフする制御は、選択部33により選択可能である。この制御を、逆潮流・売電が認められない場合に行うのは勿論であるが、売電が認められる場合においても、行うことが好ましい場合がある。この選択部33により、売電を行う場合と擬似負荷への電力供給による電気エネルギーの蓄積または熱エネルギーへの変換とを行う場合について、経済効果等の利点・欠点を踏まえて比較した結果により、ユーザにて本制御のオン・オフを行うことを設定できるという利点がある。
Further, the control for turning on / off the pseudo load can be selected by the
図4は、本発明の他の実施形態の制御系の構成例を示す。図2に示す制御系と相違する点は、図2に示す実施形態では電力素子としてSSR(solid state relay)を用いたのに対して、この実施形態ではサイリスタ22bを用いている。その他の構成はまったく同じである。サイリスタ22bは点弧角の角度指令値により点弧期間中はオン動作する。このため、例えば図3に示す例においてT5、T10等のようにオン信号を供給することで各周期の全区間点弧させることで、その区間中がすべてオン状態となる。この実施形態においても、各周期毎に系統電源への電力入出力量を積分して演算することで、的確に擬似負荷に余剰電力分を吸収させ、逆潮流を防止できることは図2および図3に示す実施形態と同様である。
FIG. 4 shows a configuration example of a control system according to another embodiment of the present invention. 2 differs from the control system shown in FIG. 2 in that the SSR (solid state relay) is used as the power element in the embodiment shown in FIG. 2, whereas the
なお、場合により点弧角の制御により擬似負荷への電力供給量の調整が可能である。即ち、擬似負荷の最大電力消費量が1kW、発電電力が1kWで負荷がない場合には全点弧を採用し、負荷電力が例えば200Wである場合では、それに対応した点弧角に制御することで、擬似負荷の吸収電力量であるヒータ容量を変更することなく、疑似負荷消費電力を800Wに変更することができる。このように電力素子22として点弧角の制御が可能なサイリスタ22bを用いることで、擬似負荷の電力容量を負荷電力に対応して、消費電力量の合計を発電電力に合わせるように調整することが可能である。
In some cases, the amount of power supplied to the pseudo load can be adjusted by controlling the firing angle. That is, when the maximum power consumption of the pseudo load is 1 kW, the generated power is 1 kW, and there is no load, all firing is adopted, and when the load power is 200 W, for example, the firing angle corresponding to that is controlled. Thus, the pseudo load power consumption can be changed to 800 W without changing the heater capacity, which is the absorbed power amount of the pseudo load. In this way, by using the
上記二つの実施例について、何れも前記電力素子及び擬似負荷が出力フィルタと系統電源または負荷の間に接続されている。仮に、前記電力素子及び擬似負荷が他の場所に接続されると、例えば前記電力素子及び擬似負荷が出力フィルタの前に接続されると、インバータ出力に含まれる高調波は直接に擬似負荷に流れ込み、電源装置全体にとって雑音電圧(ノイズ)を発生するという悪影響を与える。 In each of the above two embodiments, the power element and the pseudo load are connected between the output filter and the system power source or the load. If the power element and the pseudo load are connected to another place, for example, if the power element and the pseudo load are connected before the output filter, the harmonics included in the inverter output directly flow into the pseudo load. This has the adverse effect of generating noise voltage (noise) for the entire power supply device.
さらに、流出入する電流を検出する回路は、系統電源20側だけでなく、負荷側17、インバータ側13、疑似負荷側21のそれぞれもしくはいずれかに追加することで、疑似負荷の消費電力と逆潮流する電力をより容易に認識することができる。
なお、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
Furthermore, a circuit for detecting the inflow / outflow current is added not only to the
In addition, the said embodiment described the one aspect | mode of the Example of this invention, Of course, a various deformation | transformation Example is possible, without deviating from the meaning of this invention.
以上説明したように本発明によれば、インバータのコントローラに交流1周期または半周期等の一定周期毎に系統電源への電力潮流を演算し、前記交流1周期または半周期等一定周期の演算した電力値を順次加算演算を行う演算部と、演算結果に基づいて擬似負荷に電力を供給制御する電力素子を設けることで、系統電源側に平均的に見て逆潮流が生じないように擬似負荷の供給電力量を制御することができる。上述したように演算部および制御部の構成はマイクロコンピュータ等の簡単なプログラム処理で可能であり、また電力素子としてはSSR(solid state relay)またはリレー、サイリスタ等のごく簡単な電力スイッチング素子を用いることができるので、極めて経済的に且つ安定した逆潮流の防止制御を行うことができる。同時に、ゼロクロスにて切り分けられた1周期または半周期制御を行うことで、系統連系インバータの出力電圧・電流に歪み波率(THD)を損じることがない。また、電磁波障害への影響を抑えることが可能な装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the inverter controller calculates the power flow to the system power supply every fixed period such as one AC cycle or half cycle, and calculates the constant cycle such as one AC cycle or half cycle. By providing a calculation unit that sequentially adds power values and a power element that controls the supply of power to the simulated load based on the calculation result, the simulated load is designed to prevent reverse power flow on the grid power supply side on average. The amount of power supplied can be controlled. As described above, the arithmetic unit and the control unit can be configured by simple program processing such as a microcomputer, and the power element is a very simple power switching element such as SSR (solid state relay) or a relay or thyristor. Therefore, it is possible to perform extremely economical and stable control for preventing reverse power flow. At the same time, by performing one-cycle or half-cycle control separated by zero crossing, the distortion wave rate (THD) is not impaired in the output voltage / current of the grid-connected inverter. In addition, it is possible to provide a device capable of suppressing the influence on electromagnetic interference.
本発明は、太陽電池や燃料電池等の直流電源、あるいはガスタービン発電機や風力発電機等から生成した交流電力を整流して形成した直流電源の電圧を変圧して、商用交流系統電源に接続した負荷に、逆変換した交流電力を供給する系統連系インバータを含む電源装置に利用可能である。 The present invention transforms the voltage of a DC power source such as a solar cell or a fuel cell, or a DC power source formed by rectifying AC power generated from a gas turbine generator or a wind power generator, and connects it to a commercial AC grid power source. It can be used for a power supply device including a grid-connected inverter that supplies reverse-converted AC power to a load.
Claims (8)
前記負荷に電力素子を介して並列に接続された擬似負荷と、
前記系統電源の電圧と、前記系統電源に流出入する電流とを検出する回路と、
該回路により検出された電圧及び電流に基づいて、前記電力素子をオン・オフする制御部と、
前記回路により検出された電圧及び電流に基づいて電力潮流を演算する演算部と、
前記演算部により演算された電力潮流のデータを記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とする電源装置。 A grid-connected inverter that reverse-converts DC power into AC power and supplies the AC power to a load connected to a grid power supply;
A pseudo load connected in parallel to the load via a power element;
A circuit for detecting a voltage of the system power supply and a current flowing into and out of the system power supply;
Based on the voltage and current detected by the circuit, a control unit for turning on and off the power element;
A computing unit for computing a power flow based on the voltage and current detected by the circuit;
A power supply device comprising: a storage device for storing power flow data calculated by the calculation unit.
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