JP2013005658A - Power conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電設備と商用電源系統(系統)とを連系させるパワーコンディショナに関するものである。 The present invention relates to a power conditioner that links a power generation facility and a commercial power supply system (system).
太陽光パネル等の発電設備を備えた発電システムにおいては、発電設備と系統とを連系させるためのパワーコンディショナを備えている。このようなパワーコンディショナとして、蓄電池用の直流出力部を備え、発電設備や系統からの電力によって蓄電池を充電し、停電や系統電圧の低下等の系統異常発生時に、蓄電池から放電して電力を維持するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 A power generation system including a power generation facility such as a solar panel includes a power conditioner for connecting the power generation facility and the system. As such a power conditioner, it is equipped with a direct current output unit for the storage battery, and the storage battery is charged by the power from the power generation equipment and the system, and when a system abnormality such as a power failure or a decrease in the system voltage occurs, the battery is discharged to What is maintained is known (for example, refer to Patent Document 1).
図4は、従来のパワーコンディショナの構成を示すブロック図である。このパワーコンディショナ50は、直流入力部51、DC/DCコンバータ52、双方向インバータ53、交流入出力部54、直流出力部55、および全体を制御する制御部56を備えている。図4において、太陽光パネル等の発電設備61からの直流(DC)の出力は、直流入力部51を経てDC/DCコンバータ52に入力されて、所要の直流電圧に変換される。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional power conditioner. The
双方向インバータ53は、発電設備61の発電量に基づいて、制御部56によりDC/AC変換またはAC/DC変換が制御される。そして、発電設備61の発電量が所定の発電量を満たしている場合は、DC/DCコンバータ52の直流出力が、双方向インバータ53により交流(AC)に変換されて交流入出力部54に出力される。これにより、双方向インバータ53からの交流出力は、交流負荷62に給電されるとともに、系統連系スイッチ64を経て系統65に逆潮流される。また、DC/DCコンバータ52の直流出力は、直流出力部55にも出力される。これにより、直流出力部55に接続された蓄電池63が充電される。
In the
これに対し、発電設備61の発電量が所定の発電量に満たない場合は、系統65からの交流(AC)が、系統連系スイッチ64を経て交流負荷62に給電されるとともに、交流入出力部54に入力される。そして、交流入出力部54に入力された交流は、双方向インバータ53により直流に変換されて直流出力部55に出力される。これにより、蓄電池63が充電される。したがって、蓄電池63は、発電設備61あるいは系統65を充電電源として充電されることになる。
On the other hand, when the power generation amount of the
また、制御部56は、停電や系統電圧の低下等の系統異常発生を検出すると、系統連系スイッチ64をOFFして発電設備61を系統65から解列する。そして、制御部56は、発電設備61あるいは蓄電池63を電源として、交流負荷62に交流電力を給電するように制御する。
Further, when detecting the occurrence of a system abnormality such as a power failure or a decrease in the system voltage, the
ところで、図4に示したようなパワーコンディショナにおいて、直流出力部55に蓄電池63に代えて直流負荷を接続し、発電設備61から得られる直流出力をDC/DCコンバータ52により昇圧して、直流負荷を稼動することが容易に想定される。しかも、図4の構成においては、双方向インバータ53により系統65から直流出力を得ることができるので、発電設備61が例えば太陽光パネルの場合であっても、夜間にも直流出力を得ることが可能となる。
In the power conditioner as shown in FIG. 4, a DC load is connected to the
しかしながら、かかる構成においては、系統65により直流負荷を稼動する場合、必ず双方向インバータ53により系統65の交流をAC/DC変換することになる。そのため、稼動する直流負荷によっては、電力変換効率が問題となる場合がある。すなわち、直流負荷には、脈流のない直流電圧でのみ使用可能で、脈流電圧の使用が禁止されているタイプ、脈流のない直流電圧でのみ使用可能であるが、脈流電圧でも故障しないタイプ、脈流のない直流電圧および脈流電圧のどちらも使用可能なタイプ、等の種々のタイプがある。そのため、後者の二つのタイプのように、脈流電圧でも使用可能な直流負荷の場合は、AC/DC変換による電力損失が問題となる場合がある。
However, in such a configuration, when a DC load is operated by the
また、解列が発生した場合、直流負荷の電源は、発電設備61のみとなる。そのため、発電設備61の出力変動が大きい場合は、直流負荷に十分な電力が供給されなくなることがある。例えば、発電設備61が太陽光パネルの場合は、夜間に解列が生じると、直流出力が得られないため、直流負荷を稼動できなくなる。
Further, when the disconnection occurs, the power source of the DC load is only the
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、直流負荷を効率よく、安定して稼動可能なパワーコンディショナを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of such a point is to provide a power conditioner capable of operating a DC load efficiently and stably.
上記目的を達成する本発明に係るパワーコンディショナは、
発電設備からの発電に基づく直流出力を交流変換するDC/AC変換または商用電源系統からの交流を直流変換するAC/DC変換を選択的に実行する双方向インバータと、
該双方向インバータを前記商用電源系統に接続する系統連系スイッチと、
該系統連系スイッチの前記商用電源系統側に接続されて前記商用電源系統からの交流を整流する整流部と、
前記発電設備からの発電に基づく直流出力または前記双方向インバータの直流出力と前記整流部の整流出力とのいずれかを直流負荷に給電するためのDC出力スイッチと、
前記直流負荷へ給電する動作モードを記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された前記動作モードに従って、前記系統連系スイッチおよび前記DC出力スイッチを制御し、かつ前記DC出力スイッチに直流出力または整流出力のいずれを給電するのかを選択する制御部と
を備えることを特徴とするものである。
A power conditioner according to the present invention that achieves the above object is as follows.
A bidirectional inverter that selectively executes DC / AC conversion for AC conversion of DC output based on power generation from the power generation facility or AC / DC conversion for DC conversion of AC from a commercial power supply system;
A grid interconnection switch for connecting the bidirectional inverter to the commercial power supply system;
A rectifying unit connected to the commercial power system side of the grid interconnection switch to rectify alternating current from the commercial power system;
A DC output switch for supplying power to a DC load, either a DC output based on power generation from the power generation facility or a DC output of the bidirectional inverter and a rectified output of the rectifying unit;
A storage unit for storing an operation mode for supplying power to the DC load;
A control unit that controls the grid interconnection switch and the DC output switch according to the operation mode stored in the storage unit, and selects whether a DC output or a rectified output is supplied to the DC output switch; It is characterized by comprising.
前記記憶部は複数の動作モードを記憶し、
前記動作モードは、前記発電設備の発電状態および解列要因状態に応じた、前記系統連系スイッチ、前記DC出力スイッチ、および前記DC出力スイッチに給電する出力の選択の状態を含み、
前記制御部は、前記発電設備の発電状態および解列要因の監視結果に基づいて、前記記憶部に記憶されている複数の動作モードの中から前記直流負荷に応じて設定される動作モードに従って、前記系統連系スイッチ、前記DC出力スイッチ、および前記DC出力スイッチに給電する出力の選択を制御する、
ことを特徴とするものである。
The storage unit stores a plurality of operation modes,
The operation mode includes a state of selection of an output to supply power to the grid interconnection switch, the DC output switch, and the DC output switch according to a power generation state and a disconnection factor state of the power generation facility,
The control unit is based on an operation mode set according to the DC load from a plurality of operation modes stored in the storage unit, based on a power generation state of the power generation facility and a monitoring result of a disconnection factor. Controlling the selection of the power feed to the grid interconnection switch, the DC output switch, and the DC output switch;
It is characterized by this.
本発明によると、直流負荷を効率よく、しかも安定して稼動することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to operate a DC load efficiently and stably.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係るパワーコンディショナの要部の構成を示すブロック図である。このパワーコンディショナ10は、DC/DCコンバータ11、双方向インバータ12、系統連系スイッチ13、整流部14、選択スイッチ15、DC出力スイッチ16、記憶部17、および制御部18を備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a power conditioner according to an embodiment of the present invention. The
DC/DCコンバータ11は、太陽光パネル、風力発電機、燃料電池や自家発電機等の発電設備21からの直流(DC)を入力し、その入力電圧を所要の直流電圧に変換する。このDC/DCコンバータ11の出力は、双方向インバータ12に入力されるとともに、選択スイッチ15の一方の選択接点aに供給される。
The DC / DC converter 11 inputs direct current (DC) from a
双方向インバータ12は、制御部18の制御により、DC/DCコンバータ11からの直流入力を選択的にDC/AC変換して、系統連系スイッチ13を経て商用電源系統(系統)22へ逆潮流する。また、双方向インバータ12は、制御部18の制御により、系統22から系統連系スイッチ13を経て入力される交流(AC)を選択的にAC/DC変換して、選択スイッチ15の選択接点aに供給する。
The bidirectional inverter 12 selectively DC / AC converts the DC input from the DC / DC converter 11 under the control of the
系統連系スイッチ13は、制御部18によりON(閉成)/OFF(開成)制御されるリレースイッチで構成される。この系統連系スイッチ13は、系統22の電圧が閾値以下になったときや、パワーコンディショナ10の内部温度が閾値以上に上昇したとき等、系統連系を解列しなければならない解列要因が発生した場合にOFFとなる。これにより、発電設備21が系統22から解列される。
The
整流部14は、系統22からの交流を直流に整流するもので、例えば、一つのダイオードを有する半波整流回路やダイオードブリッジを有する全波整流回路により構成される。ここでは、整流部14は、全波整流回路からなるものとする。この整流部14から出力される脈流の整流出力は、選択スイッチ15の他方の選択接点bに供給される。
The
選択スイッチ15は、選択接点a,bを有するリレースイッチからなり、制御部18により制御されて選択接点a,bのいずれかを選択し、その選択した直流出力をDC出力スイッチ16に供給する。DC出力スイッチ16は、制御部18により制御されるリレースイッチからなり、供給される直流を、接続された直流負荷23に選択的に給電する。
The
記憶部17は、直流負荷23へ給電する動作モードを記憶する。本実施の形態では、当該パワーコンディショナ10に接続可能な直流負荷の後述する各種の負荷タイプに対応するため複数の動作モードを記憶する。各動作モードは、発電設備21の発電状態および解列要因状態に応じた、系統連系スイッチ13、選択スイッチ15およびDC出力スイッチ16の状態を含んでいる。
The storage unit 17 stores an operation mode for supplying power to the
制御部18は、例えば、発電設備21の発電状態を示すDC/DCコンバータ11の入力を監視するとともに、発電設備21の解列要因である系統22の系統電圧や、図示しない温度センサにより当該パワーコンディショナ10の内部温度を監視する。そして、制御部18は、上記の発電状態および解列要因の監視結果に基づいて、記憶部17に記憶されている複数の動作モードの中から直流負荷23に応じて設定される動作モードに従って、系統連系スイッチ13、選択スイッチ15およびDC出力スイッチ16を制御する。
For example, the
図2は、記憶部17に記憶される動作モード例と各スイッチの状態とを示す図である。本実施の形態では、発電設備21が太陽光パネルの場合を想定し、動作モードとして、モード1、モード2およびモード3の三つを記憶している。また、図2の「異常」は、系統22の電圧が閾値以下に低下したときや、当該パワーコンディショナ10の内部温度が閾値以上に上昇したときなど、解列要因の発生状態を指している。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the operation mode and the state of each switch stored in the storage unit 17. In the present embodiment, assuming that the
モード1では、異常がなければ、系統連系スイッチ13およびDC出力スイッチ16をともにONとし、選択スイッチ15は選択接点a側に接続する。これにより、直流負荷23には、発電設備21の発電量に応じて、該発電量が直流負荷23の稼動に要する所定値を超えている場合は、DC/DCコンバータ11からの脈流のない直流が給電される。これに対し、発電設備21の発電量が所定値に満たない場合は、双方向インバータ12からの系統電力に基づく脈流のない直流が供給される。また、異常が発生した場合は、系統連系スイッチ13およびDC出力スイッチ16をともにOFFとし、選択スイッチ15は直前の状態のままとする。これにより、直流負荷23への電力供給は遮断される。
In Mode 1, if there is no abnormality, both the
モード2では、異常がなければ、系統連系スイッチ13およびDC出力スイッチ16をともにONとし、選択スイッチ15を選択接点a側に接続する。これにより、直流負荷23には、上述したように、発電設備21の発電量に応じて、DC/DCコンバータ11からの発電設備21の発電電力に基づく脈流のない直流、あるいは、双方向インバータ12からの系統電力に基づく脈流のない直流が供給される。また、異常が発生した場合は、系統連系スイッチ13をOFF、選択スイッチ15を選択接点b側、DC出力スイッチ16をONとする。これにより、異常時には、直流負荷23に整流部14からの脈流の全波整流出力が供給される。
In
モード3では、異常がなく、かつ、発電設備21の発電量が所定値を超える場合、系統連系スイッチ13およびDC出力スイッチ16をともにONとし、選択スイッチ15を選択接点a側に接続する。これにより、直流負荷23には、DC/DCコンバータ11からの発電設備21の発電電力に基づく脈流のない直流が供給される。これに対し、異常が発生した場合や、異常はないが発電設備21の発電量が所定値を満たない場合は、系統連系スイッチ13をOFF、選択スイッチ15を選択接点b側、DC出力スイッチ16をONとする。これにより、これらの場合、直流負荷23には、整流部14からの脈流の全波整流出力が供給される。
In mode 3, when there is no abnormality and the power generation amount of the
図3は、図2の動作モードと負荷タイプ例との関係を示す図である。図3では、接続される直流負荷23の負荷タイプとして、タイプA、タイプBおよびタイプCの三つを示している。タイプAは、脈流のない直流電圧でのみ使用可能で、脈流電圧の使用が禁止されている直流負荷である。タイプBは、脈流のない直流電圧でのみ使用可能であるが、脈流電圧でも故障しない直流負荷である。タイプCは、脈流のない直流電圧および脈流電圧のどちらでも使用可能な直流負荷である。なお、図3には、DC出力スイッチ16から出力されるDC出力電圧波形も示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between the operation mode of FIG. 2 and an example of a load type. In FIG. 3, three types of type A, type B, and type C are shown as load types of the connected
図3に示すように、モード2およびモード3では、タイプAの直流負荷が禁止となる場合がある。したがって、タイプAの直流負荷を使用する場合は、モード1を選択する必要がある。ただし、モード1では、異常発生時に直流負荷への電力供給が行われないので、例えばパワーコンディショナ10の温度が上昇して連系解列した場合などには、直流負荷が稼動できないことになる。そのため、タイプAの直流負荷を使用しないのであれば、モード2またはモード3を選択するのが望ましい。
As shown in FIG. 3, in
タイプCの直流負荷は、モード2およびモード3ともに全状態で動作する。したがって、タイプCでは、モード2でもモード3でも構わない。しかし、モード3は、夜間など発電量が所定値に満たない場合、双方向インバータ12を使用しないので、電力変換効率が高い。よって、タイプCの直流負荷のみを使用するのであれば、モード3が望ましい。
Type C DC loads operate in all states in both
タイプBの直流負荷は、モード2およびモード3において、ともに動作する場合と動作しない場合とがある。つまり、モード2では、異常発生の場合に動作せず、モード3では、異常発生の場合のほか、発電量が所定値に満たない場合も動作しない。異常状態は頻繁には発生しないが、発電設備21が太陽光パネルの場合、1日の中で発電しない時間は必ずあるので、タイプBの直流負荷を1日中稼動したい場合は、モード2を選択するのが望ましい。
Type B DC load may or may not operate in both
以上を纏めると、タイプAの直流負荷が一つでも使用される場合は、モード1を設定し、タイプBの直流負荷とタイプCの直流負荷とが混在して使用される場合において、タイプBの夜間使用を優先させる場合はモード2を設定し、電力変換効率を優先させる場合はモード3を設定する。
In summary, when even one type A DC load is used, mode 1 is set, and when type B DC load and type C DC load are used together, type B When priority is given to night use,
ここで、動作モードは、例えば、当該パワーコンディショナ10に操作入力部を設け、該操作部からユーザにより設定してもよいし、当該パワーコンディショナ10がHEMS(Home Energy Management System)に接続される場合は、HEMSの操作入力部を介してユーザにより設定してもよい。また、ユーザにより入力される負荷タイプを制御部18で受信して、あるいは、直流負荷自身が、接続時に負荷タイプの情報送信機能を有する場合は、その情報を制御部18で受信して、制御部18において動作モードを自動的に設定してもよい。なお、特定の直流負荷23のみを接続する場合は、当該直流負荷23の負荷タイプに応じた動作モードのみを記憶部17に記憶してもよい。
Here, for example, an operation input unit may be provided in the
このように、本実施の形態においては、制御部18において、発電設備21の発電状態および解列要因を監視し、その監視結果に基づいて、記憶部17に記憶されている直流負荷23に対応する動作モードに従って、系統連系スイッチ13、選択スイッチ15およびDC出力スイッチ16を制御するので、直流負荷23を効率よく、しかも安定して稼動することができる。しかも、整流部14の整流出力は、脈流出力でよいので、簡単に構成することができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図1において、発電設備21から所要の直流電圧が出力される場合は、DC/DCコンバータ11を省略することができる。また、双方向インバータ12と系統連系スイッチ13との間に交流負荷を接続して、発電設備21または系統22により交流負荷に給電することも可能である。
In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of invention. For example, in FIG. 1, when a required DC voltage is output from the
また、上記実施の形態においては、選択スイッチ15を設けた場合について説明したが、制御部18が直流出力または整流出力のいずれをDC出力スイッチ16に給電する出力とするのかを選択するように制御するだけでもよく、選択スイッチ15を削除することが可能である。具体的には、双方向インバータ12の作る直流電圧を系統22からの電圧のピークより高い状態にすることで、選択スイッチ15を削除しても(選択スイッチ15のa,bの両方が接続された状態であっても)、全波整流側の影響を受けないため、DC出力スイッチ16の入力電圧は、双方向インバータ12をゲートブロックすれば全波整流の出力になり、PWM制御を行えば直流電圧の出力になる。
このように、選択スイッチ15を削除した構成とした場合、記憶部17に図2に示す選択スイッチ15の選択接点を記憶するのではなく、制御部18が直流出力と整流出力のいずれをDC出力スイッチ16に給電する出力とするのかを選択するのかを記憶し、制御部18に送信するようにすればよい。
Moreover, although the case where the
When the
10 パワーコンディショナ
11 DC/DCコンバータ
12 双方向インバータ
13 系統連系スイッチ
14 整流部
15 選択スイッチ
16 DC出力スイッチ
17 記憶部
18 制御部
21 発電設備
22 商用電源系統(系統)
23 直流負荷
DESCRIPTION OF
23 DC load
Claims (2)
該双方向インバータを前記商用電源系統に接続する系統連系スイッチと、
該系統連系スイッチの前記商用電源系統側に接続されて前記商用電源系統からの交流を整流する整流部と、
前記発電設備からの発電に基づく直流出力または前記双方向インバータの直流出力と前記整流部の整流出力とのいずれかを直流負荷に給電するためのDC出力スイッチと、
前記直流負荷へ給電する動作モードを記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された前記動作モードに従って、前記系統連系スイッチおよび前記DC出力スイッチを制御し、かつ前記DC出力スイッチに直流出力または整流出力のいずれを給電するのかを選択する制御部と、
を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。 A bidirectional inverter that selectively executes DC / AC conversion for AC conversion of DC output based on power generation from the power generation facility or AC / DC conversion for DC conversion of AC from a commercial power supply system;
A grid interconnection switch for connecting the bidirectional inverter to the commercial power supply system;
A rectifying unit connected to the commercial power system side of the grid interconnection switch to rectify alternating current from the commercial power system;
A DC output switch for supplying power to a DC load, either a DC output based on power generation from the power generation facility or a DC output of the bidirectional inverter and a rectified output of the rectifying unit;
A storage unit for storing an operation mode for supplying power to the DC load;
A control unit that controls the grid interconnection switch and the DC output switch according to the operation mode stored in the storage unit, and that selects whether a DC output or a rectified output is supplied to the DC output switch;
A power conditioner comprising:
前記動作モードは、前記発電設備の発電状態および解列要因状態に応じた、前記系統連系スイッチ、前記DC出力スイッチ、および前記DC出力スイッチに給電する出力の選択の状態を含み、
前記制御部は、前記発電設備の発電状態および解列要因の監視結果に基づいて、前記記憶部に記憶されている複数の動作モードの中から前記直流負荷に応じて設定される動作モードに従って、前記系統連系スイッチ、前記DC出力スイッチ、および前記DC出力スイッチに給電する出力の選択を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーコンディショナ。
The storage unit stores a plurality of operation modes,
The operation mode includes a state of selection of an output to supply power to the grid interconnection switch, the DC output switch, and the DC output switch according to a power generation state and a disconnection factor state of the power generation facility,
The control unit is based on an operation mode set according to the DC load from a plurality of operation modes stored in the storage unit, based on a power generation state of the power generation facility and a monitoring result of a disconnection factor. Controlling the selection of the power feed to the grid interconnection switch, the DC output switch, and the DC output switch;
The power conditioner according to claim 1.
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