JP2013179748A - Power generation system and power conditioner for power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、商用電力系統と連系して、家庭内負荷および電力系統へ交流電力を供給する発電システムおよび発電システム用パワーコンディショナーに関する。 The present invention relates to a power generation system and a power conditioner for a power generation system that supply AC power to a household load and a power system in linkage with a commercial power system.
この種従来の発電システムとして、例えば、下記の特許文献1に記載のものが知られている。
As this kind of conventional power generation system, for example, the one described in
この従来の発電システムでは、共通の柱状変圧器の下流側の低圧配電線に連系された複数家屋の電源装置における進相無効電力制御の動作を相互に連係させることにより、可能な限り各電源装置の出力抑制制御を行うことなく系統電圧の上昇を抑制しようとしている。 In this conventional power generation system, each power source is connected as much as possible by linking the phase reactive power control operations in the power supply devices of multiple houses linked to the low-voltage distribution line downstream of the common columnar transformer. An attempt is made to suppress an increase in the system voltage without performing the output suppression control of the device.
上記従来の発電システムは、近隣の家屋に共通仕様の分散電源装置が設置されることを前提とするものであるが、現実には近隣の家屋に異なるメーカー、異なる仕様の分散電源装置が設置されることが多く、したがって、上記従来の発電システムを採用できるケースはきわめて限られたものとなる。 The conventional power generation system described above is based on the premise that a distributed power supply with a common specification is installed in a neighboring house, but in reality, a distributed power supply with a different manufacturer and a different specification is installed in a neighboring house. Therefore, the number of cases where the conventional power generation system can be adopted is extremely limited.
また、無効電力制御を行っても系統電圧が低下せず、力率が閾値を超えた場合には、逆潮流の有無にかかわらずパワーコンディショナーの出力抑制制御を行うものであるが、家庭内負荷が発電電力よりも大きいために逆潮流が生じていない場合には出力抑制制御を行うことは、太陽光発電による発電電力の利用効率を低減させる要因となる。 Also, when the reactive power control is performed, the system voltage does not decrease and the power factor exceeds the threshold value, the power conditioner output suppression control is performed regardless of the presence or absence of reverse power flow. When the reverse power flow is not generated because the power is larger than the generated power, the output suppression control is a factor for reducing the use efficiency of the generated power by solar power generation.
ところで、近年の家庭用発電システムにおいては、自家発電量や、商用電力系統からの購入電力量をユーザーに表示するために、電力測定ユニットが設置されることが多い。パワーコンディショナーにデジタル通信接続されるタイプの電力測定ユニットとして、例えば特開2010−250945号公報に開示されている。この従来の技術では、電力測定ユニットで測定した情報に基づいて、パワーコンディショナーにおいて逆潮流の有無を判定すること自体は可能である。しかし、電力測定ユニットからパワーコンディショナーへのデジタル通信されるデータは、一定時間範囲の電圧値や電流値の平均値を演算により求めた上で周期的に送信されているが、系統連系規程において系統電圧が閾値を超えた場合に逆潮流がない状態へ制御するための猶予時間としては500msが許容されているにすぎず、電力測定ユニットで測定した電力情報の通信タイミングに合わせてパワーコンディショナーにおいて逆潮流の有無を演算判定したのでは、上記猶予時間に間に合わない。 By the way, in a recent home power generation system, a power measurement unit is often installed in order to display a private power generation amount or a purchased power amount from a commercial power system to a user. As a power measurement unit of a type that is digitally connected to a power conditioner, for example, it is disclosed in JP 2010-250945 A. In this conventional technique, it is possible to determine the presence or absence of reverse power flow in the power conditioner based on the information measured by the power measurement unit. However, data that is digitally communicated from the power measurement unit to the power conditioner is periodically transmitted after calculating the average value of the voltage value and current value in a certain time range, but in the grid connection regulations When the system voltage exceeds the threshold, the grace time for controlling to the state where there is no reverse power flow is only 500 ms, and in the power conditioner according to the communication timing of the power information measured by the power measurement unit. If the presence / absence of the reverse power flow is calculated, it is not in time for the grace time.
したがって、従来は、パワーコンディショナーと電力系統との系統連系点における系統電圧が閾値以上に上昇したことをパワーコンディショナーが検知した場合には、逆潮流の有無にかかわらずパワーコンディショナーを系統から解列するように構成されていたため、発電電力の無駄が多く、発電された電力を十分に利用できないという問題があった。さらに、近隣に変電所や大きな工場などが存在する地域では、慢性的に系統電圧が高い状態となっている場合があり、そのような地域に設置された従来の発電システムでは、実質的に系統連系されている時間が殆ど無く、太陽光発電システムを導入しても自家発電できない状況も存在していた。 Therefore, conventionally, when the power conditioner detects that the grid voltage at the grid interconnection point between the power conditioner and the power grid has risen above the threshold, the power conditioner is disconnected from the grid regardless of the presence or absence of reverse power flow. Therefore, there was a problem that the generated power was wasted and the generated power could not be used sufficiently. Furthermore, in areas where there are substations or large factories nearby, the grid voltage may be chronically high, and conventional power generation systems installed in such areas may substantially There was almost no time for interconnection, and there was a situation where private power generation was not possible even if a solar power generation system was introduced.
そこで、本発明は、従来の回路構成に大きな変更を要することなく、逆潮流の有無に関する情報を電力測定ユニットからパワーコンディショナーに即時伝達することで、効率の良い発電電力の供給を行わせることのできる発電システムおよび発電システム用パワーコンディショナーを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention allows an efficient supply of generated power by immediately transmitting information on the presence or absence of reverse power flow from the power measurement unit to the power conditioner without requiring a major change in the conventional circuit configuration. An object of the present invention is to provide a power generation system and a power conditioner for the power generation system.
上記目的を達成するために、本発明は次の技術的手段を講じた。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
すなわち、本発明は、直流電力を発電する発電部と、該発電部から発生する直流電力を交流電力に変換して出力するとともに該出力が商用電力系統に系統連系されるパワーコンディショナーと、商用電力系統からの受電電力を測定する電力測定ユニットとを備え、電力測定ユニットは受電電力に関するデータを前記パワーコンディショナーに対して通信により送出する発電システムにおいて、前記電力測定ユニットは、逆潮流の有無を判定するとともに逆潮流の有無に関する信号を前記受電電力に関するデータとは別の通信線を用いて若しくは当該データに多重化して前記パワーコンディショナーに送出するように構成されていることを特徴とするものである(請求項1)。 That is, the present invention relates to a power generation unit that generates DC power, a power conditioner that converts DC power generated from the power generation unit into AC power, and outputs the AC power. A power measuring unit that measures received power from the power system, wherein the power measuring unit sends data related to the received power to the power conditioner by communication. It is configured to determine and send a signal related to the presence or absence of reverse power flow to the power conditioner using a communication line different from the data related to the received power or multiplexed on the data. (Claim 1).
かかる本発明の発電システムによれば、従来より受電電力の測定を行っている電力測定ユニットにおいて逆潮流の有無の判定を行わせたので、従来の配線設備に大幅な変更を要することなく逆潮流の有無を検出できる。さらに、逆潮流の有無に関する信号は、受電電力に関するデータの通信信号に直列に付加して送信するのではなく、別の通信線により並列的に行うか、あるいは、受電電力に関するデータに多重化してパワーコンディショナーに出力させる構成としたため、逆潮流の有無に関する信号を電力測定ユニットからパワーコンディショナーに対してリアルタイムで即時に出力できる。一方、パワーコンディショナーは商用電力系統に系統連系されているため、商用電力系統への系統連系点の電圧はパワーコンディショナー内部の電圧検出回路によりリアルタイムで検出することが可能であり、商用電力系統の電圧が所定の電圧を超えた場合に、上記の逆潮流の有無に関する信号を参照して、逆潮流している状態であれば即時に出力抑制制御などの系統電圧上昇抑制制御を行う一方、逆潮流していない状態であれば、系統電圧上昇抑制制御を行わずに発電部から発生する電力をすべて家庭内負荷に対して供給したり、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で出力増加を許容したりすることが可能である。 According to the power generation system of the present invention, since the determination of the presence or absence of the reverse power flow is performed in the power measurement unit that has conventionally measured the received power, the reverse power flow is not required to make a significant change to the conventional wiring facility. The presence or absence of can be detected. Furthermore, the signal related to the presence or absence of reverse power flow is not transmitted in series with the communication signal of the data related to the received power, but is transmitted in parallel by another communication line or multiplexed with the data related to the received power. Since it is configured to output to the power conditioner, a signal relating to the presence or absence of reverse power flow can be immediately output from the power measurement unit to the power conditioner in real time. On the other hand, since the power conditioner is grid-connected to the commercial power system, the voltage at the grid connection point to the commercial power system can be detected in real time by the voltage detection circuit inside the power conditioner. When the voltage exceeds the predetermined voltage, the signal related to the presence or absence of reverse power flow is referred to, and if it is in the reverse power flow state, system voltage rise suppression control such as output suppression control is performed immediately. If there is no reverse power flow, all power generated from the power generation unit is not supplied to the home load without performing the system voltage rise suppression control, or the reverse power flow does not occur by referring to the received power data. It is possible to allow an increase in output within a range.
上記本発明の発電システムにおいて、受電電力に関するデータを前記電力測定ユニットから前記パワーコンディショナーに対して出力する通信線と、逆潮流の有無に関する信号を前記電力測定ユニットから前記パワーコンディショナーへ出力する通信線とを、別個に設けることが好ましい(請求項2)。より好ましくは、逆潮流の有無に関する信号は2値信号とすることができる。これによれば、逆潮流の有無に関する信号の送受信回路の簡素化を図ることができ、低コストを図ることができる。 In the above power generation system of the present invention, a communication line for outputting received power data from the power measurement unit to the power conditioner, and a communication line for outputting a signal regarding the presence or absence of reverse power flow from the power measurement unit to the power conditioner. Are preferably provided separately (claim 2). More preferably, the signal regarding the presence or absence of reverse power flow can be a binary signal. According to this, it is possible to simplify the signal transmission / reception circuit regarding the presence or absence of the reverse power flow, and to reduce the cost.
また、前記パワーコンディショナーは、系統連系点の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、該系統電圧検出手段により検出された系統電圧が所定の電圧を超えた場合に有効電力の出力の抑制を行う出力抑制制御手段とを備え、該出力抑制制御手段は、逆潮流の有無に関する信号が逆潮流なしを示している場合には有効電力の出力増加を許容するように構成することができる(請求項3)。より好ましくは、出力抑制制御手段は、逆潮流の有無に関する信号が逆潮流なしを示している場合に、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で有効電力の出力増加を許容することができる。これによれば、逆潮流のないときには系統電圧が所定の電圧を超えた場合でもパワーコンディショナーからの有効電力の出力を増加することができ、発電効率の一層の向上を図ることができる。 In addition, the power conditioner includes a system voltage detection unit that detects a system voltage at a system connection point, and suppresses the output of active power when the system voltage detected by the system voltage detection unit exceeds a predetermined voltage. Output suppression control means for performing, and the output suppression control means can be configured to allow an increase in the output of active power when a signal regarding the presence or absence of reverse power flow indicates no reverse power flow (claim) Item 3). More preferably, the output suppression control means allows an increase in the output of active power within a range where no reverse power flow occurs with reference to data regarding received power when a signal related to the presence or absence of reverse power flow indicates no reverse power flow. be able to. According to this, even when the system voltage exceeds a predetermined voltage when there is no reverse power flow, the output of the active power from the power conditioner can be increased, and the power generation efficiency can be further improved.
また、本発明の発電システム用パワーコンディショナーは、商用電力系統からの受電電力に関するデータを受信する第1の接続端子と、逆潮流の有無に関する信号を受信する第2の接続端子とを別個に設けたことを特徴とするものである(請求項4)。これによれば、従来より受電電力の測定を行っている電力測定ユニットにおいて逆潮流の有無の判定を行わせてパワーコンディショナーへ送信するように構成することができ、従来の配線設備に大幅な変更を要することなく逆潮流の有無を検出できる。さらに、逆潮流の有無に関する信号は、受電電力に関するデータの通信信号に直列に付加して送信するのではなく、別の通信線により並列的に行うことができるため、逆潮流の有無に関する信号を電力測定ユニットからパワーコンディショナーに対してリアルタイムで即時に出力できる。一方、パワーコンディショナーは商用電力系統に系統連系されているため、商用電力系統への系統連系点の電圧はパワーコンディショナー内部の電圧検出回路によりリアルタイムで検出することが可能であり、商用電力系統の電圧が所定の電圧を超えた場合に、上記の逆潮流の有無に関する信号を参照して、逆潮流している状態であれば即時に出力抑制制御などの系統電圧上昇抑制制御を行う一方、逆潮流していない状態であれば、系統電圧上昇抑制制御を行わずに発電部から発生する電力をすべて家庭内負荷に対して供給したり、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で出力増加を許容したりすることが可能である。 The power conditioner for a power generation system according to the present invention separately includes a first connection terminal that receives data relating to received power from a commercial power system and a second connection terminal that receives a signal relating to the presence or absence of reverse power flow. (Claim 4). According to this, it can be configured to determine whether there is a reverse power flow in the power measurement unit that has been measuring the received power than before, and transmit it to the power conditioner, which is a significant change to the conventional wiring equipment The presence or absence of reverse power flow can be detected without requiring Furthermore, since the signal related to the presence or absence of reverse power flow can be performed in parallel with another communication line instead of being added in series to the communication signal of data related to received power, The power measurement unit can immediately output to the power conditioner in real time. On the other hand, since the power conditioner is grid-connected to the commercial power system, the voltage at the grid connection point to the commercial power system can be detected in real time by the voltage detection circuit inside the power conditioner. When the voltage exceeds the predetermined voltage, the signal related to the presence or absence of reverse power flow is referred to, and if it is in the reverse power flow state, system voltage rise suppression control such as output suppression control is performed immediately. If there is no reverse power flow, all power generated from the power generation unit is not supplied to the home load without performing the system voltage rise suppression control, or the reverse power flow does not occur by referring to the received power data. It is possible to allow an increase in output within a range.
また、本発明の発電システム用パワーコンディショナーは、商用電力系統からの受電電力に関するデータに逆潮流の有無に関する信号を多重化した多重化信号を受信する接続端子と、該接続端子に受信された多重化信号を逆多重化するデマルチプレクサとを備えることを特徴とするものである(請求項5)。これによれば、従来より受電電力の測定を行っている電力測定ユニットにおいて逆潮流の有無の判定を行わせてパワーコンディショナーへ送信するように構成することができ、従来の配線設備に大幅な変更を要することなく逆潮流の有無を検出できる。さらに、逆潮流の有無に関する信号は、受電電力に関するデータの通信信号に直列に付加して送信するのではなく、受電電力に関するデータに多重化して多重化信号として受信し、デマルチプレクサにより逆多重化して受電電力に関するデータと逆潮流の有無に関する信号とを制御部に供給する構成としたので、受電電力に関するデータの信号周期に依存せず、逆潮流の有無に関する信号を電力測定ユニットからパワーコンディショナーに対してリアルタイムで即時に出力できる。一方、パワーコンディショナーは商用電力系統に系統連系されているため、商用電力系統への系統連系点の電圧はパワーコンディショナー内部の電圧検出回路によりリアルタイムで検出することが可能であり、商用電力系統の電圧が所定の電圧を超えた場合に、上記の逆潮流の有無に関する信号を参照して、逆潮流している状態であれば即時に出力抑制制御などの系統電圧上昇抑制制御を行う一方、逆潮流していない状態であれば、系統電圧上昇抑制制御を行わずに発電部から発生する電力をすべて家庭内負荷に対して供給したり、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で出力増加を許容したりすることが可能である。 The power conditioner for a power generation system of the present invention includes a connection terminal that receives a multiplexed signal obtained by multiplexing a signal related to the presence or absence of a reverse power flow with data related to received power from a commercial power system, and a multiplex received by the connection terminal. And a demultiplexer for demultiplexing the multiplex signal (claim 5). According to this, it can be configured to determine whether there is a reverse power flow in the power measurement unit that has been measuring the received power than before, and transmit it to the power conditioner, which is a significant change to the conventional wiring equipment The presence or absence of reverse power flow can be detected without requiring Furthermore, the signal related to the presence or absence of reverse power flow is not added in series to the communication signal of the data related to the received power but transmitted as a multiplexed signal after being multiplexed with the data related to the received power and demultiplexed by the demultiplexer. In this configuration, the data related to the received power and the signal related to the presence or absence of reverse power flow are supplied to the control unit, so the signal related to the presence or absence of reverse power flow is sent from the power measurement unit to the power conditioner without depending on the signal cycle of the data related to the received power. On the other hand, it can output immediately in real time. On the other hand, since the power conditioner is grid-connected to the commercial power system, the voltage at the grid connection point to the commercial power system can be detected in real time by the voltage detection circuit inside the power conditioner. When the voltage exceeds the predetermined voltage, the signal related to the presence or absence of reverse power flow is referred to, and if it is in the reverse power flow state, system voltage rise suppression control such as output suppression control is performed immediately. If there is no reverse power flow, all power generated from the power generation unit is not supplied to the home load without performing the system voltage rise suppression control, or the reverse power flow does not occur by referring to the received power data. It is possible to allow an increase in output within a range.
また、前記パワーコンディショナーは、系統連系点の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、該系統電圧検出手段により検出された系統電圧が所定の電圧を超えた場合に有効電力の出力の抑制を行う出力抑制制御手段とを備え、該出力抑制制御手段は、逆潮流の有無に関する信号が逆潮流なしを示している場合には有効電力の出力増加を許容するように構成することができる(請求項6)。より好ましくは、出力抑制制御手段は、逆潮流の有無に関する信号が逆潮流なしを示している場合に、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で有効電力の出力増加を許容することができる。これによれば、逆潮流のないときには系統電圧が所定の電圧を超えた場合でもパワーコンディショナーからの有効電力の出力を増加することができ、発電効率の一層の向上を図ることができる。 In addition, the power conditioner includes a system voltage detection unit that detects a system voltage at a system connection point, and suppresses the output of active power when the system voltage detected by the system voltage detection unit exceeds a predetermined voltage. Output suppression control means for performing, and the output suppression control means can be configured to allow an increase in the output of active power when a signal regarding the presence or absence of reverse power flow indicates no reverse power flow (claim) Item 6). More preferably, the output suppression control means allows an increase in the output of active power within a range where no reverse power flow occurs with reference to data regarding received power when a signal related to the presence or absence of reverse power flow indicates no reverse power flow. be able to. According to this, even when the system voltage exceeds a predetermined voltage when there is no reverse power flow, the output of the active power from the power conditioner can be increased, and the power generation efficiency can be further improved.
以上説明したように、本発明の請求項1に係る発電システムによれば、従来より受電電力の測定を行っている電力測定ユニットにおいて逆潮流の有無の判定を行わせたので、従来の配線設備に大幅な変更を要することなく逆潮流の有無を検出できる。さらに、逆潮流の有無に関する信号は、受電電力に関するデータに直列に付加して送信するのではなく、別の通信線により並列的に行うか、あるいは、受電電力に関するデータに多重化してパワーコンディショナーに出力させる構成としたため、逆潮流の有無に関する信号を電力測定ユニットからパワーコンディショナーに対してリアルタイムで即時に出力できる。一方、パワーコンディショナーは商用電力系統に系統連系されているため、商用電力系統への系統連系点の電圧はパワーコンディショナー内部の電圧検出回路によりリアルタイムで検出することが可能であり、商用電力系統の電圧が所定の電圧を超えた場合に、上記の逆潮流の有無に関する信号を参照して、逆潮流している状態であれば即時に出力抑制制御などの系統電圧上昇抑制制御を行う一方、逆潮流していない状態であれば、系統電圧上昇抑制制御を行わずに発電部から発生する電力をすべて家庭内負荷に対して供給したり、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で出力増加を許容したりすることが可能である。
As described above, according to the power generation system according to
また、本発明の請求項2に係る発電システムによれば、逆潮流の有無に関する信号の送受信回路の簡素化を図ることができ、低コストを図ることができる。
In addition, according to the power generation system according to
また、本発明の請求項3に係る発電システムによれば、逆潮流のないときには系統電圧が所定の電圧を超えた場合でもパワーコンディショナーからの有効電力の出力を増加することができ、発電効率の一層の向上を図ることができる。 According to the power generation system of claim 3 of the present invention, when there is no reverse power flow, the output of the active power from the power conditioner can be increased even when the system voltage exceeds a predetermined voltage, and the power generation efficiency is improved. Further improvement can be achieved.
また、本発明の請求項4に係る発電システム用パワーコンディショナーによれば、従来より受電電力の測定を行っている電力測定ユニットにおいて逆潮流の有無の判定を行わせてパワーコンディショナーへ送信するように構成することができ、従来の配線設備に大幅な変更を要することなく逆潮流の有無を検出できる。さらに、逆潮流の有無に関する信号は、受電電力に関するデータの通信信号に直列に付加して送信するのではなく、別の通信線により並列的に行うことができるため、逆潮流の有無に関する信号を電力測定ユニットからパワーコンディショナーに対してリアルタイムで即時に出力できる。一方、パワーコンディショナーは商用電力系統に系統連系されているため、商用電力系統への系統連系点の電圧はパワーコンディショナー内部の電圧検出回路によりリアルタイムで検出することが可能であり、商用電力系統の電圧が所定の電圧を超えた場合に、上記の逆潮流の有無に関する信号を参照して、逆潮流している状態であれば即時に出力抑制制御などの系統電圧上昇抑制制御を行う一方、逆潮流していない状態であれば、系統電圧上昇抑制制御を行わずに発電部から発生する電力をすべて家庭内負荷に対して供給したり、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で出力増加を許容したりすることが可能である。 Further, according to the power conditioner for a power generation system according to claim 4 of the present invention, the power measurement unit that has been measuring the received power conventionally determines whether or not there is a reverse power flow and transmits it to the power conditioner. It can be configured, and the presence or absence of reverse power flow can be detected without requiring significant changes to conventional wiring equipment. Furthermore, since the signal related to the presence or absence of reverse power flow can be performed in parallel with another communication line instead of being added in series to the communication signal of data related to received power, The power measurement unit can immediately output to the power conditioner in real time. On the other hand, since the power conditioner is grid-connected to the commercial power system, the voltage at the grid connection point to the commercial power system can be detected in real time by the voltage detection circuit inside the power conditioner. When the voltage exceeds the predetermined voltage, the signal related to the presence or absence of reverse power flow is referred to, and if it is in the reverse power flow state, system voltage rise suppression control such as output suppression control is performed immediately. If there is no reverse power flow, all power generated from the power generation unit is not supplied to the home load without performing the system voltage rise suppression control, or the reverse power flow does not occur by referring to the received power data. It is possible to allow an increase in output within a range.
また、本発明の請求項5に係る発電システム用パワーコンディショナーによれば、従来より受電電力の測定を行っている電力測定ユニットにおいて逆潮流の有無の判定を行わせてパワーコンディショナーへ送信するように構成することができ、従来の配線設備に大幅な変更を要することなく逆潮流の有無を検出できる。さらに、逆潮流の有無に関する信号は、受電電力に関するデータの通信信号に直列に付加して送信するのではなく、受電電力に関するデータに多重化して多重化信号として受信し、デマルチプレクサにより逆多重化して受電電力に関するデータと逆潮流の有無に関する信号とを制御部に供給する構成としたので、受電電力に関するデータの信号周期に依存せず、逆潮流の有無に関する信号を電力測定ユニットからパワーコンディショナーに対してリアルタイムで即時に出力できる。一方、パワーコンディショナーは商用電力系統に系統連系されているため、商用電力系統への系統連系点の電圧はパワーコンディショナー内部の電圧検出回路によりリアルタイムで検出することが可能であり、商用電力系統の電圧が所定の電圧を超えた場合に、上記の逆潮流の有無に関する信号を参照して、逆潮流している状態であれば即時に出力抑制制御などの系統電圧上昇抑制制御を行う一方、逆潮流していない状態であれば、系統電圧上昇抑制制御を行わずに発電部から発生する電力をすべて家庭内負荷に対して供給したり、受電電力に関するデータを参照して逆潮流が生じない範囲で出力増加を許容したりすることが可能である。
Further, according to the power conditioner for a power generation system according to
また、本発明の請求項6に係る発電システム用パワーコンディショナーによれば、逆潮流のないときには系統電圧が所定の電圧を超えた場合でもパワーコンディショナーからの有効電力の出力を増加することができ、発電効率の一層の向上を図ることができる。
Further, according to the power conditioner for a power generation system according to
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1実施形態に係る発電システムを示しており、該発電システムは、太陽電池パネルにより主構成される発電部1で発電される直流電力をパワーコンディショナー2によって交流電力に変換して単層3線式の商用電力系統に系統連系され、家庭内負荷3(若しくは構内負荷)に交流電力を供給するとともに余剰電力を商用電力系統へ逆潮流するように構成されたものである。
FIG. 1 shows a power generation system according to a first embodiment of the present invention. The power generation system converts DC power generated by a
商用電力系統の単層3線式の引き込み線4は、買電用メーター5及び売電用メーター6を介して配電盤7に接続されている。配電盤7には、アンペアブレーカー8(契約ブレーカー)、漏電ブレーカー9及び安全ブレーカー10が設けられ、これらブレーカー8,9,10を介して系統電力が家庭内負荷3に供給される。また、配電盤7には、安全ブレーカー10から系統電力の供給を受ける電力測定ユニット11が設けられている。パワーコンディショナー2の出力は発電用ブレーカー12を介してアンペアブレーカー8と漏電ブレーカー9との間の接続部13で系統に並列に接続されている。
A single-layer three-wire lead-in line 4 of the commercial power system is connected to a
また、上記接続部13よりも引き込み線4側には、系統を流れる電流値を検出するためのカレントトランス14が設けられており、該カレントトランス14は電力測定ユニット11に電気的に接続されて、検出値が電力測定ユニット11に供給されている。なお、図示例ではカレントトランス14はU相とV相にそれぞれ設けているが、いずれか一方のみに設けても良い。
Further, a
電力測定ユニット11は、安全ブレーカー10から供給される系統電力の系統電圧と、カレントトランス14により検出された電流値とに基づき、所定の単位時間(例えば1〜5秒)あたりの系統からの受電電力量を周期的に演算して、演算により求められた電力量を符号化してなる受電電力に関するデータを第1の信号線15を介してパワーコンディショナー2へシリアル通信により送出する。演算により求められる受電電力量は、系統から電力を購入している場合は正の値となり、系統へ逆潮流している場合は負の値となる。なお、電力量に代えて単位時間あたりの平均電力を示すデータとしてパワーコンディショナー2へ送出することもできる。
The
なお、電力測定ユニット11は、電力量のみでなく、家庭内で消費されるガス量や水道水量などを測定する機能を具備していてもよく、これら消費ガス量や水道水量に関するデータをも併せたシリアルデータとして、電力測定ユニット11からパワーコンディショナー2へシリアル通信により送出することができる。
The
さらに、電力測定ユニット11は、上記カレントトランス14の検出値と系統電圧とに基づき、逆潮流しているか否かを上記受電電力の演算周期よりも短い周期間隔(好ましくは500ms未満。より好ましくは100ms未満。)で判定し、かかる逆潮流の有無に関する2値信号を生成して、第2の信号線16を介してパワーコンディショナー2へ出力している。かかる逆潮流の有無に関する判定は、上記受電電力の演算中のデータを流用して行ってもよく、受電電力の演算とは別個独立して並列的に行ってもよい。
Further, the
パワーコンディショナー2は、制御部21と、発電部1で発電された直流電力を昇圧して出力するDC/DCコンバーター22と、該コンバーター22の出力をDC/AC変換するインバーター23を備えており、該インバーター23の出力がパワーコンディショナー2の出力となる。制御部21には、第1及び第2の信号線15,16が接続された接続端子17,18を介して、上記の受電電力に関するデータ、並びに、逆潮流の有無に関する2値信号がそれぞれ入力されている。また、パワーコンディショナー2内には、系統連系点の系統電圧を検出するための計器用変圧器24(系統電圧検出手段)が設けられており、該計器用変圧器24は制御部21に電気的に接続され、系統電圧検出値が制御部21に入力されている。また、パワーコンディショナー2には外付けのモニタ装置25が接続されており、該モニタ装置25は屋内に設置され、制御部21から、購入電力量、売電電力量、発電量、発電システムの状態、消費ガス量、消費水道量などの各種データを受信して、表示装置に表示できるようになっている。
The
制御部21は、出力される交流電力の力率を制御することにより系統電圧の上昇抑制を行う無効電力制御手段21a、出力の有効電力を抑制するための出力抑制制御手段21b、並びに、系統電圧が系統連系規程に定められる所定電圧を超えたときに発電システムを系統から解列させる解列制御手段21cを備えており、これら各手段21a,21b,21cはマイコンのシーケンス制御によって実現してもよいし、FPGAにより構成しても良いし、各手段毎の専用制御回路によって実現してもよい。
The
無効電力制御手段21aは、主としてインバーター23を制御することにより出力の力率制御を行うものであり、系統電圧が所定の電圧上昇抑制制御開始電圧(例えば106〜108V)より高い状態を一定時間(例えば3分〜5分)継続すると、無効電力制御を開始し、系統電圧に対して出力する電流の位相を段階的に進み側にずらして、力率が85%になるまで無効電力を増加させ、該無効電力制御中に系統電圧が電圧上昇抑制制御開始電圧より低くなれば無効電力制御を終了する。
The reactive power control means 21a performs output power factor control mainly by controlling the
出力抑制制御手段21bは、主としてコンバーター22の出力制御を行うことによりインバーター23からの有効電力の抑制を行うものであり、上記の無効電力制御によっても系統電圧が上昇し続け、電圧上昇抑制制御開始電圧よりも高い所定の有効電力制御開始電圧(例えば107〜110V)よりも系統電圧が高くなると、出力抑制制御を開始し、系統電力が上記の有効電力制御開始電圧よりも低くなると出力抑制制御を終了する。
The output
該出力抑制制御では、第2の信号線16を介して電力測定ユニット11から供給される逆潮流の有無を示す信号が逆潮流ありを示しているときはコンバーター22の出力を絞っていく。かかるコンバーター22の出力抑制は、その時点の最新の受電電力に関するデータを参照して逆潮流している電力量を求め、系統連系規程に定められた所定時間(500ms)以内に逆潮流のない状態へ遷移するための出力抑制勾配を求めて、該出力抑制勾配にしたがってコンバーター22の出力を絞っていくことが好ましい。
In the output suppression control, when the signal indicating the presence or absence of reverse power flow supplied from the
一方、逆潮流の有無を示す信号が逆潮流なしを示しているときは、逆潮流している状態にならない範囲でコンバーター22の出力増加を許容する。その時点の発電電力から、その時点の電力測定ユニット11から送出された最新の受電電力(家庭購入電力)に相応する出力増加を行っても、増加分は家庭内負荷3により消費されて系統電圧を上昇させるものではないが、ハンチングの発生や、安全率を考慮して、その時点の最新の受電電力から所定のマージン(例えば10W)を引いた値を出力増加限界値として制御することが好ましい。なお、直接的な制御はコンバーター22に対して行うために、コンバーター22が出力する直流電力の目標値を求める必要があるが、例えば、コンバーター22の出力増加に伴うインバーター23が出力する交流電力の有効電力の増加分を履歴情報として制御部21内に記憶しておき、該履歴情報に基づいてコンバーター22の出力の上限を規制することにより、上記のような逆潮流をしない範囲でのインバーター23の出力増加の許容を行わせることができる。
On the other hand, when the signal indicating the presence / absence of reverse power flow indicates that there is no reverse power flow, the output of the
解列制御手段21cは、所定の解列条件が成立したときにインバーター23に内蔵された遮断機(図示せず)を動作させることによりパワーコンディショナー2を系統から解列させるものであり、所定の解列条件としては、例えば、上記の有効電力制御開始電圧よりも高い解列閾値(例えば109〜112V)以上で、且つ、パワーコンディショナー2の出力電力が0Wであることを条件とすることができる。かかる条件では、逆潮流のない状態では、たとえ系統電圧が解列閾値を超えても解列させず、パワーコンディショナー2の出力を家庭内負荷3へ継続的に供給することができる。
The disconnection control means 21c disconnects the
本実施形態に係る発電システムによれば、パワーコンディショナー2と電力測定ユニット11との間に、受電電力に関するデータ用の第1の通信線15と、逆潮流の有無を示す2値信号用の第2の通信線16とを個別に設けたので、パワーコンディショナー2の系統電圧上昇抑制制御のうちの出力抑制制御(有効電力制御)において上記のような逆潮流防止制御を実施することができ、慢性的に系統電圧が高い地域に設置されたパワーコンディショナー2でも、家庭内負荷3により発電電力がすべて消費され逆潮流していない状態であれば発電電力を制限することなく、家庭内負荷分は発電を継続させることが可能となる。
According to the power generation system according to the present embodiment, the
図2は本発明の第2実施形態に係る発電システムを示しており、上記第1実施形態と異なるところは、第2の信号線を省いて第1の信号線15のみとし、電力測定ユニット11内に設けたマルチプレクサ19により受電電力に関するデータと、逆潮流の有無を示す信号とを多重化して、かかる多重化信号を信号線15を介してパワーコンディショナー2の接続端子17へ供給し、パワーコンディショナー2側でデマルチプレクサ20により逆多重化して、受電電力に関するデータと、逆潮流の有無を示す信号とを制御部21へ供給した点である。その他の構成については同様であるので同符号を付して詳細説明を省略する。
FIG. 2 shows a power generation system according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the second signal line is omitted and only the
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。例えば、無効電力制御においても逆潮流の有無によって制御内容を異ならせてもよい。また、上記実施形態では太陽光発電システムの例を示したが、その他の自然エネルギーを用いた発電システムや、逆潮流の許されていない自然エネルギー以外の発電システム(例えば、燃料電池発電システムやガスエンジン発電システムなど)にも応用可能である。さらに、本発明のパワーコンディショナーは、蓄電池の電力の出力用のパワーコンディショナーに応用することも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate. For example, in reactive power control, the control content may be varied depending on the presence or absence of reverse power flow. Moreover, although the example of the photovoltaic power generation system has been described in the above embodiment, the power generation system using other natural energy, or the power generation system other than the natural energy that does not allow the reverse power flow (for example, the fuel cell power generation system or the gas) It can also be applied to engine power generation systems. Furthermore, the power conditioner of the present invention can be applied to a power conditioner for outputting the power of the storage battery.
1 発電部
2 パワーコンディショナー
3 家庭内負荷
11 電力測定ユニット
15 第1の通信線
16 第2の通信線
17 第1の通信線用の接続端子
18 第2の通信線用の接続端子
19 マルチプレクサ
20 デマルチプレクサ
21 制御部
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