JP2008131736A

JP2008131736A - 分散型電源システムと昇降圧チョッパ装置

Info

Publication number: JP2008131736A
Application number: JP2006313775A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Kawanami; 靖彦川波
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】単独運転および系統連系運転のどちらにおいても自然エネルギー発電装置の不安定な電力を平滑化させる分散型電源システムと昇降圧チョッパ装置を提供する。
【解決手段】自然エネルギー発電装置（２）が発電した交流電力を整流し直流電力を生成するコンバータ（３）と、直流電力を交流電力に変換し系統電源に供給するインバータ（５）と、系統電源とインバータ間に接続された遮断器（６）と、直流電力と蓄電池間に接続された昇降圧チョッパ装置（９）と、昇降圧チョッパ装置に昇降圧動作指令を与える電力平滑化制御部（８）と、を備えた分散型電源システムにおいて、電力平滑化制御器は、遮断器がオンした系統連系運転時、自然エネルギー発電装置の発電量に応じて昇降圧チョッパ装置に昇降圧動作を指令し、チョッパ装置は、遮断器がオフした単独運転時、直流電力の直流電圧によって昇降圧動作をする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電量が不安定な風力発電や水力発電などの自然エネルギーを用いた発電機を電源とする分散型電源システムと、発電機が余剰電力を発生した場合は二次電池やコンデンサに充電し、また発電しない場合は不足分を二次電池やコンデンサから放電する充放電コンバータとして使用できる昇降圧チョッパ装置に関する。

図４は、従来の分散型電源システムである。この図において自然エネルギー発電装置の瞬時出力変動に対して交流変換部（本明細書では出力制御インバータ）を介して電気二重層コンデンサの充放電し、負荷への供給および系統電源への回生を行っている。この分散電源システムは、系統連系のみであり単独運転の電力の平滑化はできない。
特開２００２-７８２０５号公報（第４頁、図１）

自然エネルギー発電装置の発電電力が急変すると系統電源に逆潮流する電力、または系統電源から負荷に供給する電力が急変し、系統電源内の発電電力量と消費電力量とのバランスが崩れて、系統電源の電圧および周波数が変動してしまうという問題があり、電気二重層コンデンサなど蓄電池からの充放電によって電力を平滑化していた。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、単独運転および系統連系運転のどちらにおいても自然エネルギー発電装置の不安定な電力を平滑化させる分散型電源システムと昇降圧チョッパ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、自然エネルギー発電装置が発電した交流電力を整流し直流電力を生成するコンバータと、前記直流電力を交流電力に変換し系統電源に供給するインバータと、前記系統電源と前記インバータ間に接続された遮断器と、前記直流電力と蓄電池間に接続された昇降圧チョッパ装置と、前記昇降圧チョッパ装置に昇降圧動作指令を与える電力平滑化制御部と、を備えた分散型電源システムにおいて、前記電力平滑化制御器は、前記遮断器がオンした系統連系運転時、前記自然エネルギー発電装置の発電量に応じて前記昇降圧チョッパ装置に昇降圧動作を指令し、前記チョッパ装置は、前記遮断器がオフした単独運転時、前記直流電力の直流電圧によって昇降圧動作をすることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の分散型電源システムにおいて、前記電力平滑化制御部は、前記発電量が出力目標値を上回った場合に昇降圧チョッパ装置に降圧指令を出し、下回った場合に昇圧指令を出すことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の分散型電源システムにおいて、前記電力平滑化制御器は、前記蓄電池の充電量が所定値よりも小さい場合は前記昇降圧チョッパ装置に降圧指令を出し、大きい場合には昇圧指令を出すことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の分散型電源システムにおいて、前記昇降圧チョッパ装置は、高圧側と低圧側との間で双方向に電力を移動するチョッパ主回路部と、昇降圧指令と高圧側電圧と低圧側電圧から電圧指令と電流制限指令と昇降圧信号を生成する昇降圧制御部と、前記電圧指令と前記低圧側電圧から電流指令を生成する電圧制御部と、前記電流指令と前記電流制限指令に基づき新たな電流指令を生成する電流制限部と、前記電流指令と低圧側電流に基づきゲート信号を生成する電流制御部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の分散型電源システムにおいて、前記昇降圧制御部は、前記昇降圧指令から発電量を抽出し、前記発電量と蓄電池の低圧側電圧から電流制限値を算出することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の分散型電源システムにおいて、前記蓄電池の代わりに電気二重層コンデンサを用いたことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項４および５の分散型電源システムに使用されることを特徴とする昇降圧チョッパ装置。

本発明によると、系統連系運転時、電力平滑化制御部は、発電量を計測し、発電量が低い場合は、昇降圧チョッパ装置に昇圧動作指令を出し、蓄電池を放電させ、発電量が高い場合は、降圧動作指令を出し蓄電池に充電する。また、単独運転時、昇降圧チョッパ装置は、蓄電池の電圧を昇圧して、直流母線に電力を供給することで発電量の変動を安定化した分散型電源システムと昇降圧チョッパ装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の分散型電源システムの構成を示すブロック図である。図１において、１は分散型電源システム、２は自然エネルギー発電機、３はコンバータ、４は直流母線、５はインバータ、６は遮断器、７は系統電源、８は電力平滑化制御部、９は昇降圧チョッパ装置、１０は蓄電池である。図において風力発電など自然エネルギー発電機２による交流電力は、コンバータ３により直流電力に変換される。インバータ５は、直流電力を系統電源とほぼ同じ振幅、位相の交流電力に変換する。昇降圧チョッパ装置９は、高圧側である直流電力を低圧の直流電力に変換し、蓄電池１０と充電する。また、蓄電池１０の低圧側直流電力を高圧側直流電力に変換し放電する。電力平滑化制御部８は自然エネルギー発電機２の発電量や高圧側と低圧側の電圧を監視し、昇降圧指令を生成する。

次に動作について説明する。
図２は、自然エネルギー発電機２の発電量による昇降圧動作範囲である。分散型電源システム１が系統電源７に接続された系統連系運転において、インバータ５は、直流母線４の電圧を一定にし安定な電力を系統電源７に回生するために、直流母線４の電圧による昇降圧チョッパ装置９の昇降圧動作ができない。そこで、電力平滑化制御部８は、発電量が図３の出力目標値を超えた場合は昇降圧チョッパ装置９に降圧指令を出力する。昇降圧チョッパ装置９は降圧指令を受けて高圧側直流電力を低圧側直流電力に変換し蓄電池１０を充電する。

一方、自然エネルギー発電装置２の発電量が出力目標値を下回った場合、電力平滑化制御部８は、昇降圧チョッパ装置９に昇圧指令を出し、蓄電池１０を放電させることで発電量を安定化させる。これにより系統電源７内の発電電力量と消費電力量とのバランスの崩れによる系統電源７の電圧および周波数の変動を防ぐ。

図３は、直流母線４の電圧と蓄電池１０の電圧による昇降圧動作範囲である。遮断器６によって分散型電源システム１が系統電源７より切り離された単独運転において、自然エネルギー発電機２の発電量が少なく、直流母線４の電圧が目標電圧より低くなった場合、昇降圧チョッパ装置９は蓄電池１０を放電させることで直流母線４の電圧を昇圧させ自然エネルギー発電機２による発電量の変動を安定化させる。

一方、発電量が多く直流母線４の電圧が基準電圧より高くなった場合は、直流母線４の高圧側直流電力を低圧側直流電力に変換し、蓄電池１０を充電することで発電量の変動を安定化させる。これにより系統電源７内の発電電力量と消費電力量とのバランスの崩れによる系統電源７の電圧および周波数の変動を防ぐ。

昇降圧チョッパ装置９は、自然エネルギー発電機２による発電量Ｐと蓄電池１０の電圧Ｖ_BATTから昇降圧動作における電流制限値Ｉ＊を式（１）により算出する。
Ｉ＊＝Ｐ／Ｖ_BATT （１）
昇降圧チョッパ装置９は、蓄電池１０が昇降圧動作時において電流制限値Ｉ＊以上の電流が流れないように制御する。これによって蓄電池１０の過充電、過放電を防止し、破損を防止することができる。

電力平滑化制御部８は、蓄電池１０の電圧を計測し、電圧が高く充電量が多い時、昇降圧チョッパ装置９を昇圧動作させ蓄電池１０を放電させることで過充電を防止する。また蓄電池１０の電圧が低く充電量が少ない時、昇降圧チョッパ装置９を降圧動作させ蓄電池１０に充電することで過放電を防止する。

蓄電池１０は、電気二重層コンデンサであってもよい。

図５は昇降圧チョッパ装置の構成を示すブロック図である。図において、２０はチョッパ主回路部、２１、２２はスイッチング素子、２３はリアクトル、２４、２５はコンデンサ、２６は電流検出器、３１は昇降圧制御部、３２は電圧制御部、３３は電流制限部、３４は電流制御部、３５はゲートドライブ部である。昇降圧制御部３１は昇降圧指令に基づき系統連系運転か単独運転か、昇圧動作か降圧動作か、を判断する。電圧制御部３２は昇降圧制御部３１の生成する電圧指令と低圧側電圧に基づき電流指令を生成する。電流制限部３３は、昇降圧制御部３１の生成する電流制限指令に基づき電流指令を制限し新たな電流指令を生成する。電流制限値は発電量に相当する電流値に設定される。電流制御部３４は電流指令と低圧側の電流に基づきゲート信号を生成する。ゲートドライブ部３５はゲート信号を増幅し、スイッチング素子２１または２２をドライブする。また、昇降圧制御部３１は、単独運転の場合は、電流制限指令を、発電量と蓄電池の充電量に応じた値に設定する。

本発明の分散型電源システムは、電気二重層コンデンサなどの蓄電器を充放電コントロ
ールすることができるので、分散型電源システムによる負荷への安定な電力供給を可能とする。発電量が安定しない風力発電や水力発電など自然エネルギーを用いた発電システムなどに適用が期待できる。

本発明の分散型電源システムの構成を示すブロック図本発明の系統連系運転における自然エネルギー発電量による昇降圧チョッパ装置の昇降圧動作範囲本発明の昇降圧チョッパ装置の単独運転における昇降圧動作範囲従来の分散型電源システムのブロック図本発明の昇降圧チョッパ装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１分散型電源システム
２自然エネルギー発電機
３発電制御コンバータ
４直流母線
５出力制御インバータ
６遮断機
７系統電源
８電力平滑化制御部
９昇降圧チョッパ装置
１０蓄電池
２０チョッパ主回路部
２１、２２スイッチング措置
２３リアクトル
２４、２５コンデンサ
２６電流検出器
３１昇降圧制御部
３２電圧制御部
３３電流制限部
３４電流制御部
３５ゲートドライブ部

Claims

自然エネルギー発電装置が発電した交流電力を整流し直流電力を生成するコンバータと、前記直流電力を交流電力に変換し系統電源に供給するインバータと、前記系統電源と前記インバータ間に接続された遮断器と、前記直流電力と蓄電池間に接続された昇降圧チョッパ装置と、前記昇降圧チョッパ装置に昇降圧動作指令を与える電力平滑化制御部と、を備えた分散型電源システムにおいて、
前記電力平滑化制御器は、前記遮断器がオンした系統連系運転時、前記自然エネルギー発電装置の発電量に応じて前記昇降圧チョッパ装置に昇降圧動作を指令し、
前記チョッパ装置は、前記遮断器がオフした単独運転時、前記直流電力の直流電圧によって昇降圧動作をすることを特徴とする分散型電源システム。
前記電力平滑化制御部は、前記発電量が出力目標値を上回った場合に昇降圧チョッパ装置に降圧指令を出し、下回った場合に昇圧指令を出すことを特徴とする請求項１記載の分散型電源システム。
前記電力平滑化制御器は、前記蓄電池の充電量が所定値よりも小さい場合は前記昇降圧チョッパ装置に降圧指令を出し、大きい場合には昇圧指令を出すことを特徴とする請求項１記載の分散型電源システム。
前記昇降圧チョッパ装置は、高圧側と低圧側との間で双方向に電力を移動するチョッパ主回路部と、昇降圧指令と高圧側電圧と低圧側電圧から電圧指令と電流制限指令と昇降圧信号を生成する昇降圧制御部と、前記電圧指令と前記低圧側電圧から電流指令を生成する電圧制御部と、前記電流指令と前記電流制限指令に基づき新たな電流指令を生成する電流制限部と、前記電流指令と低圧側電流に基づきゲート信号を生成する電流制御部と、を備えることを特徴とする請求項１記載の分散型電源システム。
前記昇降圧制御部は、前記昇降圧指令から発電量を抽出し、前記発電量と蓄電池の低圧側電圧から電流制限値を算出することを特徴とする請求項４記載の分散型電源システム。
前記蓄電池の代わりに電気二重層コンデンサを用いたことを特徴とする請求項１記載の分散型電源システム。
請求項４の分散型電源システムに使用される昇降圧チョッパ装置。