JP2014027761A - Power conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、商用電力系統と連系して構内電気負荷へ交流電力を供給するとともに余剰電力の商用電力系統への逆潮流を許容するパワーコンディショナに関する。 The present invention relates to a power conditioner that supplies AC power to a premises electrical load linked to a commercial power system and allows reverse power flow to the commercial power system.
この種従来の太陽電池発電システム用のパワーコンディショナは、下記の特許文献1及び2に開示されているように、通常時は系統への逆潮流を許容する一方、系統電圧が所定値を超えているときには系統電力の電圧上昇を抑制するための電圧上昇抑制制御が行われるようになっている。すなわち、電気事業法において、標準電圧100Vの場合の商用電力系統の系統電圧は、30分移動平均値で95〜107Vの範囲に維持すべきことが規定されている。かかる要件を満たすため、一般的なパワーコンディショナでは、系統電力の品質維持のために、系統電圧が107V近くまで上昇するとまず進相無効電力制御を行い、それでも系統電圧が上昇を続けて107Vを超えると出力抑制制御を行うように構成されている。
The power conditioner for this type of conventional solar battery power generation system normally allows reverse power flow to the system while the system voltage exceeds a predetermined value, as disclosed in
しかし、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107V前後の高い状態となっている場合があり、また、近隣の工場などにおける大きな電気負荷が停止したときなどは一時的に系統電圧が110V程度まで上昇する場合もある。 However, in areas where there are substations or large factories in the vicinity, the system voltage may be chronically high at around 107V, and when a large electrical load at nearby factories stops. May temporarily increase the system voltage to about 110V.
そのような地域に設置された従来の発電システムでは、頻繁に出力抑制制御が実施され、太陽電池パネルの発電電力を有効利用することができなかった。 In the conventional power generation system installed in such an area, output suppression control is frequently performed, and the generated power of the solar cell panel cannot be effectively used.
そこで、本発明は、系統電圧が高い場合であっても、構内電気負荷で消費される範囲では有効電力の抑制を行わないようにすることで、系統電力の品質を確保しつつも、慢性的に系統電圧が高い地域における発電電力の有効利用を図ることができるようにすることを目的とする。 Therefore, even if the system voltage is high, the present invention does not suppress the active power within the range consumed by the on-site electrical load, thereby ensuring the quality of the system power while maintaining the quality of the system power. It is intended to enable effective use of generated power in an area where the system voltage is high.
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、商用電力系統に系統連系して発電電力を構内電気負荷へ出力するとともに、系統電圧が所定の出力抑制制御開始条件を満たさないときは前記出力電力が商用電力系統に逆潮流可能となるように前記出力電力を制御するパワーコンディショナにおいて、前記出力電力が商用電力系統に逆潮流しているか否かを判定する逆潮流判定手段を備え、前記出力抑制制御開始条件を満たす場合であっても逆潮流していなければ出力電力の有効電力を減少させず逆潮流しているときにのみ出力電力の有効電力を減少させ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, according to the present invention, the generated power is grid-connected to the commercial power system and the generated power is output to the on-site electrical load. When the system voltage does not satisfy the predetermined output suppression control start condition, the output power is reversed to the commercial power system. In the power conditioner that controls the output power so as to enable power flow, the power conditioner includes reverse power flow determination means for determining whether or not the output power is flowing backward into the commercial power system, and satisfies the output suppression control start condition Even if it is a case, the active power of the output power is reduced only when the reverse power is flowing without reducing the active power of the output power if the reverse power is not flowing. (Claim 1).
かかる本発明のパワーコンディショナによれば、パワーコンディショナ自体によって逆潮流の有無を判定可能であるので、外部の電力測定ユニットなどが不要となるとともに、逆潮流の有無に応じた制御を行わせることができる。そして、系統電圧が例えば107Vを超えるなどの出力抑制制御開始条件を満たした場合であっても、逆潮流しておらず、発電電力が構内電気負荷によってすべて消費されているならば、出力電力の有効電力を減少させることなく、発電電力をすべて構内電気負荷に出力することができ、慢性的に系統電圧が高い地域であっても発電電力を効率的に利用することができる。なお、出力抑制制御中に出力電力の有効電力を減少させる際は、系統連系規程に定められた所定時間(500ミリ秒)未満で出力電力を0Wとすることができる勾配で有効電力を急速に減少させつつ、逆潮流しなくなったことを検出した時点で有効電力の減少を停止させることが好ましい。 According to the power conditioner of the present invention, since the presence or absence of reverse power flow can be determined by the power conditioner itself, an external power measurement unit or the like becomes unnecessary, and control according to the presence or absence of reverse power flow is performed. be able to. Even if the power suppression control start condition such as the system voltage exceeding 107V is satisfied, if the power flow is not reversed and all the generated power is consumed by the on-site electrical load, the output power Without reducing the effective power, all the generated power can be output to the on-site electric load, and the generated power can be efficiently used even in an area where the system voltage is chronically high. When the effective power of the output power is reduced during the output suppression control, the active power is rapidly increased with a gradient that can reduce the output power to 0 W within a predetermined time (500 milliseconds) defined in the grid connection regulations. It is preferable to stop the reduction of the active power at the time when it is detected that the reverse power flow has stopped.
上記本発明のパワーコンディショナにおいて、前記出力抑制制御開始条件を満たす場合でも、前記逆潮流判定手段が逆潮流していないと判定しているときは出力電力の有効電力の増加を許容するように構成されているものとすることができる(請求項2)。これによれば、系統電圧が高いことによって出力抑制制御開始条件を満たしている場合でも、逆潮流が生じない範囲で有効電力を増加させ、発電電力で構内電気負荷を作動させることができる。好ましくは、ハンチング防止のために最低所定の電力(例えば10W)は商用電力系統から電力を購入するように出力電力を制御することが好ましい。 In the power conditioner of the present invention, even when the output suppression control start condition is satisfied, when the reverse power flow determination unit determines that the reverse power flow is not flowing, an increase in the effective power of the output power is allowed. It may be configured (claim 2). According to this, even when the power suppression control start condition is satisfied due to the high system voltage, the active power can be increased within the range where no reverse power flow occurs, and the on-site electrical load can be operated with the generated power. Preferably, in order to prevent hunting, it is preferable to control the output power so that the minimum predetermined power (for example, 10 W) is purchased from the commercial power system.
また、商用電力系統から構内電気負荷へ潮流する電流値を検出するカレントトランスの検出信号の入力部を備え、前記逆潮流判定手段は、入力部に入力されるカレントトランス検出信号に基づいて逆潮流の有無を判定するものとすることができる(請求項3)。このように、逆潮流判定手段をパワーコンディショナに内蔵し、カレントトランスの検出信号を入力部を介して逆潮流判定手段に供給することにより、パワーコンディショナ単体で逆潮流の有無の検出を行うことができるとともに、逆潮流の有無による制御の応答速度を高速にすることができ、系統連系規程を遵守しつつも発電電力を有効利用するための制御構成を容易かつ柔軟に設計可能となる。 And a current transformer detection signal input unit for detecting a current value flowing from the commercial power system to the premises electric load, wherein the reverse power flow determination unit is configured to perform reverse power flow based on the current transformer detection signal input to the input unit. It is possible to determine the presence or absence of (claim 3). In this way, the reverse power flow determination means is built in the power conditioner, and the power conditioner alone detects the presence or absence of reverse power flow by supplying the current transformer detection signal to the reverse power flow determination means via the input unit. In addition, it is possible to increase the response speed of control depending on the presence or absence of reverse power flow, and to easily and flexibly design a control configuration for effective use of generated power while complying with the grid connection regulations. .
以上説明したように、本発明の請求項1に係るパワーコンディショナによれば、パワーコンディショナ自体によって逆潮流の有無を判定可能であるので、外部の電力測定ユニットなどが不要となるとともに、逆潮流の有無に応じた制御を行わせることができる。そして、系統電圧が例えば107Vを超えるなどの出力抑制制御開始条件を満たした場合であっても、逆潮流しておらず、発電電力が構内電気負荷によってすべて消費されているならば、出力電力の有効電力を減少させることなく、発電電力をすべて構内電気負荷に出力することができ、慢性的に系統電圧が高い地域であっても発電電力を効率的に利用することができる。 As described above, according to the power conditioner of the first aspect of the present invention, the presence or absence of reverse power flow can be determined by the power conditioner itself, so that an external power measurement unit or the like is not necessary and Control according to the presence or absence of tidal current can be performed. Even if the power suppression control start condition such as the system voltage exceeding 107V is satisfied, if the power flow is not reversed and all the generated power is consumed by the on-site electrical load, the output power Without reducing the effective power, all the generated power can be output to the on-site electric load, and the generated power can be efficiently used even in an area where the system voltage is chronically high.
また、本発明の請求項2に係るパワーコンディショナによれば、系統電圧が高いことによって出力抑制制御開始条件を満たしている場合でも、逆潮流が生じない範囲で有効電力を増加させ、発電電力で構内電気負荷を作動させることができる。
According to the power conditioner of
また、本発明の請求項3に係るパワーコンディショナによれば、逆潮流判定手段をパワーコンディショナに内蔵し、カレントトランスの検出信号を入力部を介して逆潮流判定手段に供給することにより、パワーコンディショナ単体で逆潮流の有無の検出を行うことができるとともに、逆潮流の有無による制御の応答速度を高速にすることができ、系統連系規程を遵守しつつも発電電力を有効利用するための制御構成を容易かつ柔軟に設計可能となる。 Further, according to the power conditioner of claim 3 of the present invention, the reverse power flow determination means is built in the power conditioner, and the detection signal of the current transformer is supplied to the reverse power flow determination means through the input unit. It is possible to detect the presence or absence of reverse power flow with the inverter alone, and to increase the response speed of control based on the presence or absence of reverse power flow, effectively using generated power while complying with the grid connection regulations. Therefore, it is possible to easily and flexibly design the control configuration for this purpose.
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は本発明の一実施形態に係る太陽光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1a,1bにより主構成される発電部で発電される直流電力をパワーコンディショナ2によって交流電力に変換して単相3線式の商用電力系統に系統連系され、構内電気負荷3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。なお、複数の太陽電池パネル1a,1bの出力は昇圧接続箱4に一旦集められ、発電電力を一定の電圧に昇圧した上でパワーコンディショナ2に入力されるようになっている。
FIG. 1 shows a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention. The power generation system uses a
商用電力系統のU相、V相及びN相からなる単相3線式の引き込み線は、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構内電気負荷3に供給される。パワーコンディショナ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-phase three-wire lead-in line composed of a U phase, a V phase, and an N phase of a commercial power system is connected to a switchboard 7 via a
また、上記接続部13よりも外側には、商用電力系統から構内電気負荷に向けて潮流す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はパワーコンディショナ2に電気的に接続されて、検出信号がパワーコンディショナ2に出力されるようになっている。
Further, a
パワーコンディショナ2は、従来公知のものと内部の基本構成は同様であるが、カレントトランス14の検出信号の入力部2aを備える点と、該入力部2aに入力された検出信号に基づいて内蔵マイコン(逆潮流判定手段)で逆潮流しているか否かを判定する点が、従来とは異なる特徴的構成である。すなわち、マイコンやインバータ駆動回路などからなる制御部と、発電部からの発電電力を昇圧して出力するDC/DCコンバータと、該コンバータの出力をDC/AC変換するインバータとを備え、該インバータの出力がパワーコンディショナ2の出力となる構成については従来公知であるので図示省略する。なお、上記接続箱4にDC/DCコンバータの役割を持たせることもでき、この場合にはパワーコンディショナ2にはDC/DCコンバータを内蔵する必要はない。また、パワーコンディショナ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(系統電圧検出手段)が設けられており、該計器用変圧器は制御部に電気的に接続され、系統電圧検出値が制御部に入力されている。
The
そして、内蔵マイコンにおいて、カレントトランス14の検出信号と、系統電圧検出値とに基づいて、単位時間あたりの平均購入電力を演算して、この平均購入電力値が正の値であれば逆潮流が生じていないと判定し、一方、平均購入電力値が負の値であれば逆潮流が生じていると判定させることができる。而して、マイコンが購入電力演算手段並びに逆潮流判定手段として機能する。
Then, in the built-in microcomputer, the average purchased power per unit time is calculated based on the detection signal of the
制御部は、系統電圧が所定の出力抑制制御開始条件を満たさないときは、発電電力をすべて構内へ出力し、商用電力系統に逆潮流可能となるように出力電力を制御する。すなわち、出力電圧が系統電圧よりも若干高くなるように出力制御することにより、構内電気負荷3で消費しきれない余剰電力が電位差によって商用電力系統へ逆潮流するように制御する。なお、発電電力のほぼすべてが構内で消費される場合にはパワーコンディショナ2の出力電圧が降下するため商用電力系統から構内へ潮流するようになる。
When the system voltage does not satisfy the predetermined output suppression control start condition, the control unit outputs all the generated power to the premises, and controls the output power so as to allow a reverse power flow to the commercial power system. That is, by controlling the output so that the output voltage is slightly higher than the system voltage, the surplus power that cannot be consumed by the premises electrical load 3 is controlled to flow backward to the commercial power system due to the potential difference. In addition, when almost all of the generated power is consumed on the premises, the output voltage of the
また、制御部は、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、出力の有効電力を抑制するための出力抑制制御手段、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を備える。これら各手段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 control unit also includes a reactive power control unit that suppresses an increase in the system voltage by controlling a power factor of the output AC power, an output suppression control unit that suppresses the active power of the output, and a system voltage A disconnection control means for disconnecting the power generation system from the system when a predetermined voltage defined in the grid interconnection regulations is exceeded is provided. Each of these means may be realized by sequence control of a microcomputer, may be constituted by an FPGA, or may be realized by a dedicated control circuit for each means.
無効電力制御手段は、主としてインバータ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106V)より高い状態を一定時間(例えば3分〜30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 performs power factor control of the output mainly by controlling the inverter, and keeps the system voltage higher than a predetermined voltage rise suppression control start voltage (eg, 106 V) for a certain time (eg, 3 minutes to (30 minutes) If it continues, reactive power control is started, the phase of the current output with respect to the system voltage is shifted stepwise, and the reactive power is increased until the power factor reaches 85%. If the system voltage becomes lower than the voltage rise suppression control start voltage during the control, the reactive power control is terminated.
出力抑制制御手段は、コンバーターの出力制御或いはインバータのPWM制御によりインバーターの出力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出力抑制制御開始電圧(例えば107V)よりも系統電圧が高くなると、出力抑制制御を開始し、系統電圧が上記の出力抑制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 suppression control means suppresses the active power of the inverter output by the converter output control or the inverter PWM control, and the system voltage continues to rise even by the reactive power control, and the voltage increase suppression control start voltage When the system voltage becomes higher than a higher predetermined output suppression control start voltage (for example, 107 V), the output suppression control is started. When the system voltage becomes lower than the output suppression control start voltage, the output suppression control is ended.
本実施形態のパワーコンディショナ2における出力抑制制御では、マイコンが逆潮流していると判定しているときは有効電力を急激に減少させる。この有効電力の減少は、系統連系規程に定められた所定時間(500ミリ秒)以内にパワーコンディショナ2の出力の有効電力を0Wとすることのできる出力抑制勾配を求めて、該出力抑制勾配にしたがって10数ミリ秒毎に有効電力を段階的に減少させていくことが好ましい。そして1段階乃至数段階減少させる毎に逆潮流の有無を再判定し、逆潮流しなくなった時点で有効電力の減少を停止することができる。
In the output suppression control in the
一方、マイコンが逆潮流していないと判定しているときは、有効電力を減少させることを禁止し、逆潮流している状態にならない範囲で有効電力を徐々に増加させていく。かかる出力増加を行っても、逆潮流させなければ増加分は構内電気負荷3により消費されて商用電力系統に悪影響を与えるものではないが、ハンチングの発生や安全率を考慮して、最低所定の電力(例えば10W)は購入している状態を維持しつつ、可能な限り出力を増加させるように制御することが好ましい。なお、所定の電力を購入する状態を維持するように制御していても、構内電気負荷の消費電力の変動によって一時的に逆潮流が生じてしまうこともあるが、その場合は上記したように逆潮流が生じなくなるまで有効電力を急激に降下させる。 On the other hand, when it is determined that the microcomputer is not in reverse power flow, it is prohibited to decrease the active power, and the active power is gradually increased in a range where the reverse power flow is not achieved. Even if this output increase is made, if the reverse power flow is not made, the increase will be consumed by the on-site electrical load 3 and will not adversely affect the commercial power system. It is preferable to control the power (for example, 10 W) so as to increase the output as much as possible while maintaining the purchased state. In addition, even if it is controlled to maintain the state of purchasing predetermined power, a reverse power flow may temporarily occur due to fluctuations in the power consumption of the premises electrical load, but in that case, as described above The active power is drastically decreased until no reverse power flow occurs.
解列制御手段は、所定の解列条件が成立したときにインバータに内蔵された遮断機を動作させることによりパワーコンディショナ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、上記の出力抑制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2の出力を構内電気負荷3へ継続的に供給することができる。なお、本実施形態では上記の通り逆潮流防止制御を行うものであるから、逆潮流しているときに系統電圧が解列閾値を超えた場合であっても、解列させることなくインバータのゲートブロックにより瞬間的に逆潮流を解消した上で、ゲートブロックを解除して逆潮流が生じない範囲で徐々に出力増加させることも可能である。
The disconnection control means disconnects the
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、上記実施形態ではカレントトランス14の検出信号を直接パワーコンディショナ2に入力させたが、パワーコンディショナ2とは分離した電力測定ユニットに検出信号を入力させ、この電力測定ユニットで購入電力や逆潮流の有無を検出してパワーコンディショナ2に出力することも可能である。また、逆潮流判定手段を構成する制御部は、パワーコンディショナ2を主構成するインバータとは別の筐体内に設けられていても良いが、同一の筐体内に設けられたものとするのが好ましい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate. For example, in the above embodiment, the detection signal of the
1 太陽電池パネル
2 パワーコンディショナ
3 構内電気負荷
14 カレントトランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記出力電力が商用電力系統に逆潮流しているか否かを判定する逆潮流判定手段を備え、前記出力抑制制御開始条件を満たす場合であっても逆潮流していなければ出力電力の有効電力を減少させず逆潮流しているときにのみ出力電力の有効電力を減少させるように構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。 The system is connected to the commercial power system to output the generated power to the on-site electrical load, and when the system voltage does not satisfy the predetermined output suppression control start condition, the output power can flow backward to the commercial power system. In a power conditioner for controlling the output power,
A reverse power flow determining means for determining whether or not the output power is flowing backward into the commercial power system is provided, and even if the output suppression control start condition is satisfied, the active power of the output power is calculated if the reverse power flow is not performed. A power conditioner configured to reduce the active power of the output power only during reverse power flow without being reduced.
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