JP2009148014A - 太陽光発電システムの連系方法 - Google Patents

Abstract

【課題】解列状態の太陽光発電システムでは、低い日射強度の場合でも系統連系を開始して電力の有効利用に反する場合がある。
【解決手段】インバータの出力側に発電量検出部を接続する。連系用の開閉器を開放し、インバータの1相分のスイッチング素子をオンにして交流リアクトルとコンデンサとの閉ループを形成する。発電量検出部により、閉ループの電流電圧を検出し、走査して太陽電池の発電可能な最大電力量を検出し、検出された発電可能な最大電力量で太陽光発電システムの電力系統への連系を行う。
また、この連係は、最大発電可能電力が規定値を超えて電力ー電圧特性の頂点が２つ以上なく、且つ前記走査時のコンデンサ電圧放電後に実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は太陽光発電システムの電力系統への連系方法に関するものである。

電力系統に連系使用される太陽光発電システムの装置としては、特許文献１が公知となっている。この特許文献１には、インバータ停止を条件に一対のアームに短絡電流を流してその電流を検出し、ピーク値を比較・保持して設定値と比較し、所定値以上となった時に太陽光発電システムを電力系統に連系することが記載されている。

太陽光発電システムの電力源である太陽電池の出力特性は、日射強度、電池パネルの温度などの字要件のもとで最大電力を発生する電流と電圧の組合せが一組だけ存在し、太陽電池を効率よく運用するために、太陽光発電システムは常に最大電力点に追従するよう制御される。また、電力の有効利用という観点から、夜間や発電量が見込めない曇りや雨の日には系統の連系点から太陽光発電システムを切り離して待機状態にしている。
特開平８−２９７５１７合公報

太陽光発電システムの待機状態から起動シーケンスに移行する場合、特許文献１を含めた従来においては、太陽電池の直流電圧が所定の電圧、例えば、最適動作電圧＋１０Ｖの電圧を超えたときに起動条件が成立したとして系統連系を開始する。この起動条件電圧は、低い日射強度においても超えることがあり、そのような場合では起動シーケンスは系統連系を開始する。しかし、低い日射強度の場合には電力系統への連系動作を開始しても発電量は少なく、結果、電力系統から電力を供給して負荷装置の損失分を補いながら連系運転することになる。このような連系運転では電力の有効利用という目的に反することになる。

本発明が目的とするとこは、太陽電池の発電量が十分に見込めない気象条件では起動を抑制する太陽光発電システムの連系方法を提供することにある。

本発明の請求項１は、太陽電池からの直流電圧を交流に変換するインバータと、交流リアクトル、コンデンサを有する太陽光発電システムを、開閉器及び連系トランスを介して電力系統に連系するよう構成したものにおいて、
前記前記交流リアクトルを流れる電流値とコンデンサの充電電圧値を入力する発電量検出部を設け、電力系統とは解列状態にある太陽光発電システムの電力系統への連系時に、前記開閉器を開放し、且つインバータの1相分スイッチング素子のオン時における電流、電圧を検出して発電量検出部に入力し、走査して太陽電池の発電可能な最大電力量を検出し、検出された発電可能な最大電力量で前記太陽光発電システムの電力系統への連系を行うことを特徴としたものである。

本発明の請求項２は、前記太陽光発電システムの電力系統への連係は、最大発電可能電力が規定値を超えて電力ー電圧特性の頂点が２つ以上なく、且つ前記走査時のコンデンサ電圧放電後に実行することを特徴としたものである。

本発明の請求項３は、前記太陽電池の発電可能な最大電力量検出時にオンされるインバータのスイッチング素子は、電流経路に変化を与えるよう制御されることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、解列状態の太陽光発電システムにおいて、太陽電池からシステム内の交流リアクトルとコンデンサで閉ループを組むことにより、瞬時に太陽電池の発電可能な最大電力量を検出する。検出された発電可能な最大電力量から太陽光発電システムの起動を判断することで、発電量が見込めない気象条件での起動を抑制することが可能となり、電力の有効利用を図ることができる。

図１は、本発明の実施例を示す太陽光発電システムの構成図で、１はインバータで、ここではスイッチング素子としてＩＧＢＴが使用されて三相構成となっている。２は電力系統との連系用トランス、インバータ１と連系用トランス２間には、リアクトル３、コンデンサ４及び開閉器５が接続されている。６、７は電流検出用の変流器、８はコンデンサで、その両端よりインバータの直流電圧が検出される。９は制御部、１０は発電量検出部で、電圧検出部１１と走査判定部１２を有している。

以上のように構成された太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムが電力系統ＡＣとは解列されていること、すなわち、開閉器５が開放されていることを条件に予め設定された時間帯毎の解列・連系制御信号や起動スケジュール信号、或いは外部からのシーケンス起動信号など何れかににより、制御部９はインバータ１のスイッチング素子に対して１相分のみに電流が流れるようオン制御する。図２はこの状態を示したもので、ここでは、ＷとＸの素子がオンされることにより、太陽電池を電源とする直流電流は、素子Ｗ→Ｗ相のリアクトル３→コンデンサ４→Ｕ相のリアクトル３→素子Ｘのルートに流れ、太陽電池を短絡電流から開放電圧まで遷移させることが出来る。

発電量検出部１０は、リアクトル３を流れる電流を変流器６を介して検出し、また、コンデンサ４に蓄えられた電圧を電圧検出部１１を介して検出する。
走査判定部１２は、図３で示すように検出された短絡電流Ｉscと開放電圧Ｖovを時々刻々走査収集し、予め定められた走査期間内の太陽電池による最大発電可能電力Ｐmaxを算出する。走査判定部１２は、求められた最大発電可能電力Ｐmaxを基に以後の発電量を推定し、系統への連系が可能であると判定したときに連系可能信号を制御部９に出力し、制御部９は連系のための起動シーケンスを開始する。
なお、走査判定部１２での判定は、走査して得られた太陽電池の電力ー電圧特性について次の条件が満足された場合に起動信号を出力する。
（１）最大発電可能電力が規定値を超えている。
（２）部分影を考慮して電力ー電圧特性の頂点が２つ以上ない。

なお、太陽光発電システムの電力系統への連系のために、1度、太陽電池を走査するとコンデンサ４には電荷が蓄積された状態となる。したがって、起動シーケンスでは太陽光発電システムの運転前に、オン状態となっている素子Ｗ，Ｘのケートをブロックすると共に、開閉器５をオン状態にする。これにより、コンデンサ４の充電電荷は、図４の矢印で示すように連系トランス２の1次側巻線を通って放電し、コンデンサの放電後に運転を開始する。

図２では、太陽電池の発電量を走査するために、インバータ１を構成するＷ，Ｘの素子をオンして実線で示す特定のコンデンサを充電している。走査の際に、過渡的な電圧の変化があることから、電荷を蓄えるコンデンサのストレスを考慮する必要がある。そこで、発電量走査の都度、インバータ１を構成する異なる対（相）の素子をオンすることで電流の経路を変化させ、電荷を蓄えるコンデンサ
を切替えることで、3相の場合には３つのコンデンサに対して均一にストレスを分配することでシステムの均衡を図ることができる。

以上のように本発明によれば、解列状態の太陽光発電システムにおいて、太陽電池からシステム内の交流リアクトルとコンデンサで閉ループを組むことにより、瞬時に太陽電池の発電可能な最大電力量を検出する。検出された発電可能な最大電力量から太陽光発電システムの起動を判断することで、発電量が見込めない気象条件での起動を抑制することが可能となり、電力の有効利用を図ることができる。

本発明の実施形態を示す構成図。 本発明の発電量走査時の電流経路図。 発電量走査時の太陽電池特性のタイムチャート。 コンデンサ放電時の電流経路図。

符号の説明

１… インバータ
２… 連系トランス
３… 交流リアクトル
４… コンデンサ
５… 開閉器
６… 変流器
９… 制御部
１０… 発電量検出部
１１… 電圧検出部
１２… 走査判定部

Claims (3)

1. 太陽電池からの直流電圧を交流に変換するインバータと、交流リアクトル、コンデンサを有する太陽光発電システムを、開閉器及び連系トランスを介して電力系統に連系するよう構成したものにおいて、
   前記交流リアクトルを流れる電流値とコンデンサの充電電圧値を入力する発電量検出部を設け、電力系統とは解列状態にある太陽光発電システムの電力系統への連系時に、前記開閉器を開放し、且つインバータの1相分スイッチング素子のオン時における電流、電圧を検出して発電量検出部に入力し、走査して太陽電池の発電可能な最大電力量を検出し、検出された発電可能な最大電力量で前記太陽光発電システムの電力系統への連系を行うことを特徴とした太陽光発電システムの連系方法。
2. 前記太陽光発電システムの電力系統への連係は、最大発電可能電力が規定値を超えて電力ー電圧特性の頂点が２つ以上なく、且つ前記走査時のコンデンサ電圧放電後に実行することを特徴とした請求項1記載の太陽光発電システムの連系方法。
3. 前記太陽電池の発電可能な最大電力量検出時にオンされるインバータのスイッチング素子は、電流経路に変化を与えるよう制御されることを特徴とした請求項1又は２記載の太陽光発電システムの連系方法。
   

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