JP2014128164A - Power conditioner and photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電池を太陽光発電パネルに並列接続した発電システムに好適に用いることができるパワーコンディショナ、及び、該パワーコンディショナを備える太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a power conditioner that can be suitably used in a power generation system in which a storage battery is connected in parallel to a solar power generation panel, and a solar power generation system including the power conditioner.
この種従来のパワーコンディショナは、例えば下記の特許文献1にも開示されているように、太陽光発電パネルから供給される直流の発電電力を昇圧し安定化するための非絶縁形DC/DCコンバータと、該コンバータが出力する直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換し出力するDC/ACインバータとを備えている。また、特許文献1に記載のパワーコンディショナでは、コンバータとインバータとの間のDCリンク部に蓄電ユニットが接続されている。この蓄電ユニットは、蓄電池と、蓄電池への充放電を行うための充放電コントローラ(双方向コンバータ)とを備え、太陽光発電パネルによる発電電力の余剰電力によって蓄電池を充電可能であるとともに発電電力の不足時(夜間など)に蓄電池から電力供給を行えるようになっている。
This type of conventional power conditioner is a non-insulated DC / DC for boosting and stabilizing DC generated power supplied from a photovoltaic power generation panel, for example, as disclosed in
DCリンク部の電圧は、インバータの出力電力の安定のために系統電力の最大電圧に基づいて算出される所定の目標電圧となるように制御することが好ましいが、一方、太陽光発電パネルの電圧−電流特性(V−I特性)によりパワーコンディショナの入出力制御として最大電力点追従制御を行うことが好ましいことが一般的に知られており、かかる最大電力点追従制御を行う場合には太陽光発電パネルの出力の最大電力点に対応する電圧がコンバータの入力電圧となり、これに伴ってコンバータの出力電圧の変動範囲も広がってしまう。 The voltage of the DC link unit is preferably controlled so as to be a predetermined target voltage calculated based on the maximum voltage of the system power in order to stabilize the output power of the inverter. -It is generally known that it is preferable to perform maximum power point tracking control as input / output control of a power conditioner based on current characteristics (VI characteristics). The voltage corresponding to the maximum power point of the output of the photovoltaic panel becomes the input voltage of the converter, and accordingly, the fluctuation range of the output voltage of the converter is expanded.
このような問題を回避できるコンバータとして、例えば特許文献2には、最大電力点追従制御を行いつつ太陽光発電パネルの発電電力を昇圧して出力する第1の昇圧コンバータと、該第1の昇圧コンバータが出力する直流電力をさらに昇圧してインバータに出力する第2の昇圧コンバータとを設け、この第1及び第2の昇圧コンバータの間に蓄電池を接続する構成が開示されている。この特許文献2記載の発電システムでは、第1の昇圧コンバータは太陽光発電パネルの出力電力が最大となるように入出力制御を行うことができ、その余剰発電電力を用いて蓄電池を充電可能である。また、電力負荷が大きいときは、発電電力に加えて蓄電池からも電力供給を行いつつ、第2の昇圧コンバータによりDCリンク部の電圧が最適電圧となるよう制御でき、インバータの出力電力の安定化が図られるものである。また、特許文献2の実施例8(明細書段落番号0035,0036及び図10参照)には、第2の昇圧コンバータをハーフブリッジによる双方向コンバータとして構成するとともに、DCリンク部を構成するコンデンサを小容量のフィルムコンデンサとすることで、交流出力に接続された家電機器がモータなどの回生電力を発生する負荷である場合に、インバータの入力電圧がインバータを構成するスイッチング素子の耐圧を超えないように(すなわちフィルムコンデンサの両端電圧に基づいて)、ハーフブリッジのハイサイドのスイッチング素子をオンすることで、発生した回生電力を蓄電池に回生できるようにする構成が開示されている。 As a converter that can avoid such a problem, for example, Patent Document 2 discloses a first boost converter that boosts and outputs the generated power of a photovoltaic power generation panel while performing maximum power point tracking control, and the first booster. A configuration is disclosed in which a second boost converter that further boosts the DC power output from the converter and outputs it to an inverter is provided, and a storage battery is connected between the first and second boost converters. In the power generation system described in Patent Document 2, the first boost converter can perform input / output control so that the output power of the photovoltaic power generation panel is maximized, and can charge the storage battery using the surplus generated power. is there. In addition, when the power load is large, the second boost converter can control the DC link voltage to the optimum voltage while supplying power from the storage battery in addition to the generated power, stabilizing the output power of the inverter Is intended. In Example 8 of Patent Document 2 (see the paragraph numbers 0035 and 0036 of the specification and FIG. 10), the second boost converter is configured as a bidirectional converter using a half bridge, and a capacitor that configures the DC link unit is provided. By using a small-capacity film capacitor, when the household electrical appliance connected to the AC output is a load that generates regenerative power such as a motor, the input voltage of the inverter does not exceed the withstand voltage of the switching elements that constitute the inverter. (That is, based on the voltage across the film capacitor), a configuration is disclosed in which the regenerative power generated can be regenerated in the storage battery by turning on the high-side switching element of the half bridge.
一方、近年、日中の電力供給量が逼迫するという問題に対処すべく電力需要を夜間に分散させるために夜間電力料金が割安に設定されており、かかる夜間電力を蓄電して日中に使用できるようにした蓄電システムが種々開発されている。例えば、特許文献3には、インバータをHブリッジ回路(電圧形ブリッジインバータ)により構成し、該Hブリッジ回路と、その出力側に設けられたLCフィルタとを用いて、商用系統電力(交流電力)を直流電力に逆方向に変換動作するようにHブリッジ回路のスイッチング素子を制御し、かかる商用系統電力を変換してなる直流電力を用いて蓄電池を充電する技術が開示されている。この特許文献3記載のインバータは主としてプラグイン・ハイブリッド車のバッテリ充電に関するものであり、車両の小型化及び低重量化という自動車業界における重要課題の解決のために開発されてきたものと考えられる。 On the other hand, in recent years, to cope with the problem of tight power supply during the daytime, nighttime electricity charges have been set to be cheaper to distribute power demand at nighttime, and such nighttime electricity is stored and used during the daytime. Various power storage systems that can be used have been developed. For example, in Patent Document 3, an inverter is configured by an H bridge circuit (voltage-type bridge inverter), and commercial grid power (AC power) is used by using the H bridge circuit and an LC filter provided on the output side thereof. Has been disclosed in which a switching element of an H-bridge circuit is controlled so as to perform a conversion operation in a reverse direction to DC power, and a storage battery is charged using DC power obtained by converting such commercial grid power. The inverter described in Patent Document 3 is mainly related to battery charging of a plug-in hybrid vehicle, and is considered to have been developed to solve an important problem in the automobile industry such as miniaturization and weight reduction of the vehicle.
一方、家屋に設置される上記特許文献2記載の太陽光発電システムにおいては小型化や低重量化は自動車ほどには求められておらず、夜間商用系統電力を蓄電する蓄電システムを希望するユーザーに対しては太陽光発電システムとは別に専用蓄電ユニットが提供されていた。 On the other hand, in the solar power generation system described in Patent Document 2 installed in a house, miniaturization and weight reduction are not required as much as an automobile, and users who desire a power storage system that stores night commercial power On the other hand, a dedicated power storage unit was provided separately from the solar power generation system.
しかし、太陽光発電システムが普及するにつれてより一層の高機能化、多様化が求められ、太陽光発電システムに夜間電力を蓄電する機能をも求められつつあるが、従来の太陽光発電システムのパワーコンディショナに内蔵のDC/DCコンバータとしては昇圧チョッパ回路が好適に用いられており、この昇圧チョッパ回路の昇圧ダイオードの存在によって逆方向に電流を流すことができず、商用系統電力で蓄電池を充電するためには別途充電用のAC/DCコンバータを設ける必要があり、回路構成の複雑化やコスト増大を招いていた。 However, as solar power generation systems become more widespread, more advanced functions and diversification are required, and the power generation function of conventional solar power generation systems is also being demanded. A step-up chopper circuit is preferably used as the DC / DC converter built in the conditioner. Due to the presence of the step-up diode of the step-up chopper circuit, current cannot flow in the reverse direction, and the storage battery is charged with commercial power. In order to achieve this, it is necessary to provide a separate AC / DC converter for charging, resulting in a complicated circuit configuration and increased cost.
また、上記特許文献2記載の発電システムのインバータを上記特許文献3記載の技術のように動作させるとしても、そもそもインバータを構成するスイッチング素子の耐圧を超えないように回生電力を蓄電池に回生させるために、第2の昇圧コンバータのハーフブリッジのハイサイドのスイッチング素子がフィルムコンデンサの両端電圧に基づいてオンオフ制御される制御構成となっているため、商用系統電力をインバータで直流電力に逆変換動作させる際に上記昇圧コンバータのスイッチング素子がオンされることは保証されていない。 In addition, even if the inverter of the power generation system described in Patent Document 2 is operated as in the technique described in Patent Document 3, regenerative power is regenerated in the storage battery so as not to exceed the withstand voltage of the switching elements constituting the inverter. In addition, since the switching element on the high side of the half bridge of the second boost converter is controlled to be turned on / off based on the voltage across the film capacitor, commercial power is converted back to DC power by an inverter. At this time, it is not guaranteed that the switching element of the boost converter is turned on.
そこで、本発明は、太陽光発電部と蓄電部とを並列接続してなる電力源からの直流電力を系統に連系する交流電力に変換するパワーコンディショナにおいて、複雑な追加回路を設けることなくパワーコンディショナの入力側に接続した蓄電池を系統電力を用いて充電可能にすることを目的とする。 Therefore, the present invention provides a power conditioner that converts DC power from a power source formed by connecting a photovoltaic power generation unit and a power storage unit in parallel to AC power connected to the grid without providing a complicated additional circuit. It aims at making the storage battery connected to the input side of the power conditioner chargeable using system electric power.
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、太陽光発電部と蓄電部とを並列接続してなる電力源から入力する直流電力を系統電力の最大電圧に対応する所定電圧に昇圧するための昇圧チョッパ回路と、該昇圧チョッパ回路により昇圧された直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換して系統側に出力するための電圧形ブリッジインバータと、これら昇圧チョッパ回路及びインバータを制御する制御部とを備え、前記昇圧チョッパ回路は、昇圧リアクトルと、該昇圧リアクトルへの昇圧動作時の電流の逆流を防止する昇圧用整流器とを有するパワーコンディショナにおいて、前記整流器のアノード側とカソード側とを短絡する短絡回路と、該短絡回路を前記制御部からの制御によって開閉するスイッチ手段とをさらに備え、前記インバータは双方向インバータであり、前記制御部による前記インバータの制御モードとして、昇圧チョッパ回路により昇圧された直流電力を系統電力に連系する交流電力に前記インバータにより変換させて系統側に出力する電力出力制御モードと、系統側から供給される系統電力を前記インバータにより直流電力に変換して前記蓄電部に供給する充電制御モードが設けられ、該充電制御モード時に前記制御部は短絡回路を常時閉じるように前記スイッチ手段を制御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 provides a boost chopper circuit for boosting DC power input from a power source formed by connecting a solar power generation unit and a power storage unit in parallel to a predetermined voltage corresponding to the maximum voltage of the system power, and the boost A voltage source bridge inverter for converting the DC power boosted by the chopper circuit into AC power linked to the system power and outputting it to the system side, and a controller for controlling the boost chopper circuit and the inverter, A step-up chopper circuit includes: Switch means for opening and closing the short circuit by control from the control unit, and the inverter is a bidirectional inverter. In addition, as a control mode of the inverter by the control unit, a power output control mode for converting the DC power boosted by the boost chopper circuit into AC power linked to the system power by the inverter and outputting the AC power to the system side; A charge control mode is provided in which system power supplied from the side is converted to DC power by the inverter and supplied to the power storage unit, and the control unit is configured to always close the short circuit in the charge control mode. It is comprised so that it may control (claim 1).
かかる本発明のパワーコンディショナによれば、DC/DCコンバータとしての昇圧チョッパ回路を内蔵するとともにその入力側(太陽光発電部側)に蓄電部を接続しているので、昇圧チョッパ回路の出力側の電圧を安定させることができる。一方、昇圧チョッパ回路の入力側の電圧は、太陽光発電部における発電状況によって比較的大きく変動するため、蓄電部は、双方向DC/DCコンバータによって主構成される充放電コントローラを介して蓄電池がコンバータの入力側に接続される構成として、充放電コントローラの入出力部の許容電圧範囲を広くしておくことが好ましく、これにより蓄電池の両端電圧は低く抑えることができ、内部インピーダンスを低く抑えて損失の低減を図ることも可能となる。また、充電制御モード時は短絡回路を閉じることによって昇圧チョッパ回路の昇圧用整流器をスルーして逆方向に直流電流を流すことができ、また、昇圧リアクトルも磁気飽和した状態で当該直流電流の流れを許容し、このときスイッチング素子の高周波スイッチングも行われないのでスイッチングによる電力損失も殆どなく、系統電力を効率よく蓄電部に供給して充電を行わせることが可能となる。さらに、複雑な追加回路も必要でないため系統電力による蓄電部の充電機能を具備しつつもシンプルな構成とすることができ、蓄電部を備えない発電システムにも共用できる汎用的なパワーコンディショナとして構成することができる。 According to the power conditioner of the present invention, since the boost chopper circuit as a DC / DC converter is built in and the power storage unit is connected to the input side (solar power generation unit side), the output side of the boost chopper circuit The voltage can be stabilized. On the other hand, since the voltage on the input side of the step-up chopper circuit fluctuates relatively greatly depending on the power generation state in the photovoltaic power generation unit, the power storage unit is connected to the storage battery via a charge / discharge controller mainly composed of a bidirectional DC / DC converter. As the configuration connected to the input side of the converter, it is preferable to widen the allowable voltage range of the input / output part of the charge / discharge controller, so that the voltage across the storage battery can be kept low, and the internal impedance is kept low. It is also possible to reduce the loss. In charge control mode, the DC current can flow in the reverse direction through the boost rectifier of the boost chopper circuit by closing the short circuit, and the DC current flows with the boost reactor magnetically saturated. At this time, since the high frequency switching of the switching element is not performed, there is almost no power loss due to switching, and the system power can be efficiently supplied to the power storage unit to be charged. In addition, since a complicated additional circuit is not required, it can be a simple configuration while having a power storage unit charging function using system power, and can be shared with a power generation system that does not have a power storage unit. Can be configured.
上記本発明のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、蓄電部の充電状態に関する情報を取得して該情報に基づいて前記制御モードを切替え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、例えば、蓄電部の制御手段との通信により充電状態に関する情報を取得して、満充電状態になれば充電制御モードを終了したりすることができる。具体的にどのようなタイミングや条件で切替え制御するかは本発明は特に限定するものではない。 In the power conditioner of the present invention, the control unit may be configured to acquire information related to a charging state of the power storage unit and switch the control mode based on the information (claim). 2). According to this, for example, the information regarding the charging state is acquired by communication with the control unit of the power storage unit, and the charging control mode can be ended when the charging state is reached. The present invention is not particularly limited as to what timing and conditions are used for switching control.
また、本発明は、上記パワーコンディショナと、前記太陽光発電部と、前記蓄電部とを備える太陽光発電システムであって、前記太陽光発電部は、複数の太陽光発電パネルと、該複数の太陽光発電パネルの発電出力を集約して昇圧する昇圧接続箱とを備え、該昇圧接続箱は最大電力点追従制御による入出力電力制御機能を有し、該昇圧接続箱の出力部に前記蓄電部の入出力部が接続されていることを特徴とするものである(請求項3)。 Moreover, this invention is a photovoltaic power generation system provided with the said power conditioner, the said photovoltaic power generation part, and the said electrical storage part, Comprising: The said photovoltaic power generation part is a plurality of photovoltaic power generation panels, and this plurality A boosting junction box that boosts the power generation output of the photovoltaic power generation panel by collecting, and the boosting junction box has an input / output power control function by maximum power point tracking control, The input / output unit of the power storage unit is connected (Claim 3).
かかる本発明の太陽光発電システムによれば、昇圧接続箱とパワーコンディショナとの接続部に蓄電部を並列接続することで、蓄電部の入出力部の電圧範囲を例えば280〜320Vなどの所定の電圧範囲とすることができ、インバータの充電制御モード時の蓄電部側への直流出力電力の電圧をも上記電圧範囲となるようにインバータを構成するスイッチング素子を制御することで、従来の蓄電部の充放電回路構成で系統電力を用いた蓄電部の充電を行わせることが可能となる。 According to the photovoltaic power generation system of the present invention, the voltage range of the input / output unit of the power storage unit is set to a predetermined value such as 280 to 320 V, for example, by connecting the power storage unit in parallel to the connection portion between the booster junction box and the power conditioner. By controlling the switching elements constituting the inverter so that the voltage of the DC output power to the power storage unit side in the charge control mode of the inverter is also in the above voltage range, the conventional power storage It becomes possible to charge the power storage unit using the system power with the charge / discharge circuit configuration of the unit.
上記本発明の太陽光発電システムにおいて、前記蓄電部は、蓄電池と、該蓄電池の充放電を制御するための充放電制御手段とを備え、該充放電制御手段と前記パワーコンディショナの制御部とが通信可能に接続されているものとすることができる(請求項4)。これによれば、現在の制御モードに関する情報を蓄電部の充放電制御手段に供給して、制御モードに応じた充放電制御を迅速かつ的確に行わせることが可能であるとともに、充放電制御手段から充電状態に関する情報をパワーコンディショナの制御部に供給して、充電状態に応じた制御モードの切替えを的確に行わせることが可能となる。 In the photovoltaic power generation system of the present invention, the power storage unit includes a storage battery and charge / discharge control means for controlling charge / discharge of the storage battery, the charge / discharge control means and the control unit of the power conditioner, Are communicably connected (claim 4). According to this, it is possible to supply information related to the current control mode to the charge / discharge control means of the power storage unit, and to perform charge / discharge control according to the control mode quickly and accurately, and the charge / discharge control means Thus, it is possible to supply information related to the charging state to the control unit of the power conditioner so that the control mode can be accurately switched according to the charging state.
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、DC/DCコンバータとしての昇圧チョッパ回路を内蔵するとともにその入力側(太陽光発電部側)に蓄電部を接続しているので、昇圧チョッパ回路の出力側の電圧を安定させることができる。一方、昇圧チョッパ回路の入力側の電圧は、太陽光発電部における発電状況によって比較的大きく変動するため、蓄電部は、双方向DC/DCコンバータによって主構成される充放電コントローラを介して蓄電池がコンバータの入力側に接続される構成として、充放電コントローラの入出力部の許容電圧範囲を広くしておくことが好ましく、これにより蓄電池の両端電圧は低く抑えることができ、内部インピーダンスを低く抑えて損失の低減を図ることも可能となる。また、充電制御モード時は短絡回路を閉じることによって昇圧チョッパ回路の昇圧用整流器をスルーして逆方向に直流電流を流すことができ、また、昇圧リアクトルも磁気飽和した状態で当該直流電流の流れを許容し、このときスイッチング素子の高周波スイッチングも行われないのでスイッチングによる電力損失も殆どなく、系統電力を効率よく蓄電部に供給して充電を行わせることが可能となる。さらに、複雑な追加回路も必要でないため系統電力による蓄電部の充電機能を具備しつつもシンプルな構成とすることができ、蓄電部を備えない発電システムにも共用できる汎用的なパワーコンディショナとして構成することができる。 As described above, according to the power conditioner of the first aspect of the present invention, the step-up chopper circuit as the DC / DC converter is incorporated, and the power storage unit is connected to the input side (the photovoltaic power generation unit side). Therefore, the voltage on the output side of the boost chopper circuit can be stabilized. On the other hand, since the voltage on the input side of the step-up chopper circuit fluctuates relatively greatly depending on the power generation state in the photovoltaic power generation unit, the power storage unit is connected to the storage battery via a charge / discharge controller mainly composed of a bidirectional DC / DC converter. As the configuration connected to the input side of the converter, it is preferable to widen the allowable voltage range of the input / output part of the charge / discharge controller, so that the voltage across the storage battery can be kept low, and the internal impedance is kept low. It is also possible to reduce the loss. In charge control mode, the DC current can flow in the reverse direction through the boost rectifier of the boost chopper circuit by closing the short circuit, and the DC current flows with the boost reactor magnetically saturated. At this time, since the high frequency switching of the switching element is not performed, there is almost no power loss due to switching, and the system power can be efficiently supplied to the power storage unit to be charged. In addition, since a complicated additional circuit is not required, it can be a simple configuration while having a power storage unit charging function using system power, and can be shared with a power generation system that does not have a power storage unit. Can be configured.
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、例えば、蓄電部の制御手段との通信により充電状態に関する情報を取得して、満充電状態になれば充電制御モードを終了したりすることができる。 Further, according to the power conditioner according to claim 2 of the present invention, for example, the information on the charging state is acquired through communication with the control means of the power storage unit, and the charging control mode is terminated when the charging state is reached. can do.
また、本発明の請求項3に係る太陽光発電システムによれば、昇圧接続箱とパワーコンディショナとの接続部に蓄電部を並列接続することで、蓄電部の入出力部の電圧範囲を例えば280〜320Vなどの所定の電圧範囲とすることができ、インバータの充電制御モード時の蓄電部側への直流出力電力の電圧をも上記電圧範囲となるようにインバータを構成するスイッチング素子を制御することで、従来の蓄電部の充放電回路構成で系統電力を用いた蓄電部の充電を行わせることが可能となる。 Moreover, according to the photovoltaic power generation system according to claim 3 of the present invention, the voltage range of the input / output unit of the power storage unit can be set, for example, by connecting the power storage unit in parallel to the connection unit between the step-up connection box and the power conditioner. The switching elements constituting the inverter are controlled so that the voltage range of 280 to 320 V or the like can be set to a predetermined voltage range such as 280 to 320 V and the voltage of the DC output power to the power storage unit side in the charging control mode of the inverter is also in the voltage range Thus, it is possible to charge the power storage unit using the system power with the conventional charge / discharge circuit configuration of the power storage unit.
また、本発明の請求項4に係る太陽光発電システムによれば、現在の制御モードに関する情報を蓄電部の充放電制御手段に供給して、制御モードに応じた充放電制御を迅速かつ的確に行わせることが可能であるとともに、充放電制御手段から充電状態に関する情報をパワーコンディショナの制御部に供給して、充電状態に応じた制御モードの切替えを的確に行わせることが可能となる。 Moreover, according to the photovoltaic power generation system according to claim 4 of the present invention, the information on the current control mode is supplied to the charge / discharge control means of the power storage unit, and the charge / discharge control corresponding to the control mode is quickly and accurately performed. In addition to being able to be performed, information related to the charging state is supplied from the charging / discharging control means to the control unit of the power conditioner, so that the control mode can be switched appropriately according to the charging state.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る蓄電機能付き太陽光発電システムを示し、該発電システムは、太陽光発電部1と蓄電部2とを並列接続してなる電力源と、該電力源から供給される直流電力を商用系統電力に連系する交流電力に変換して出力するパワーコンディショナ3とから主構成されている。
FIG. 1 shows a photovoltaic power generation system with a power storage function according to an embodiment of the present invention. The power generation system includes a power source formed by connecting a solar
太陽用発電部1は、太陽光発電パネル4と、昇圧接続箱5とを備えている。太陽光発電パネル4は建物の屋根などに複数枚設置され、これら複数の太陽光発電パネル4の出力が昇圧接続箱5によって集約されるとともに昇圧されてパワーコンディショナ3側に出力される。昇圧接続箱5は、昇圧チョッパ回路からなるDC/DCコンバータと、昇圧チョッパのスイッチング素子を制御するための制御回路(図示せず)が内蔵され、太陽光発電パネル4の発電電力を、例えば約280V〜320Vに昇圧して出力するように制御回路によって制御される。また、この制御回路は、太陽光発電パネル4の出力電圧が太陽電池のV−I特性における最大電力点に対応する電圧となるように最大電力点追従制御(MPPT制御)を行うように構成することができる。なお、後述するパワーコンディショナ3の制御部において最大電力点追従制御を行ってもよいが、昇圧接続箱5に最大電力点追従制御機能を搭載することにより、パワーコンディショナ3の制御部においては汎用的な入出力電力制御を行えばよくなり、電力源が蓄電池か太陽電池かなどによって制御モードを変更する必要がなく、制御構成の簡素化を図るとともにパワーコンディショナ3の汎用性を高めることができるというメリットがある。
The solar
蓄電部2は、蓄電池6と、該蓄電池6の充放電を制御する充放電コントローラ7とを備えており、充放電コントローラ7の入出力部が昇圧接続箱5とコンバータ3との接続部に接続されて、充電動作時には入出力部から直流電力を入力して充放電コントローラ7によって降圧して蓄電池6に供給するとともに、放電動作時には蓄電池6に要求される電力を出力するため、充放電コントローラ7によって蓄電池6の電圧を昇圧して入出力部に出力するように構成されている。また、充放電コントローラ7は、蓄電池6の入出力を禁止する機能も有している。このような充放電コントローラ7は、ハーフブリッジ回路などによって構成される双方向DC/DCコンバータと、該コンバータのスイッチング素子を制御する制御回路(充放電制御手段)とによって主構成することができ、該制御回路は蓄電池6の充電状態を検出する機能も有している。なお、充放電コントローラ7の制御は、昇圧接続箱に内蔵の制御回路や、パワーコンディショナ3に内蔵の制御部によって行うことも可能である。 The power storage unit 2 includes a storage battery 6 and a charge / discharge controller 7 that controls charging / discharging of the storage battery 6, and an input / output unit of the charge / discharge controller 7 is connected to a connection part between the step-up connection box 5 and the converter 3. In the charging operation, DC power is input from the input / output unit, and the charge / discharge controller 7 steps down the voltage and supplies it to the storage battery 6, and in the discharging operation, the power required for the storage battery 6 is output. Thus, the voltage of the storage battery 6 is boosted and output to the input / output unit. The charge / discharge controller 7 also has a function of prohibiting input / output of the storage battery 6. Such a charge / discharge controller 7 can be mainly constituted by a bidirectional DC / DC converter constituted by a half-bridge circuit and the like, and a control circuit (charge / discharge control means) for controlling a switching element of the converter, The control circuit also has a function of detecting the state of charge of the storage battery 6. The charge / discharge controller 7 can also be controlled by a control circuit built in the step-up connection box or a control unit built in the power conditioner 3.
パワーコンディショナ3は、電力源から入力する直流電力を系統電力の最大電圧に対応する所定電圧(例えば380V)に昇圧するための昇圧チョッパ回路からなるDC/DCコンバータ8と、該コンバータ8により昇圧された直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換して系統側に出力するための電圧形ブリッジインバータ9(DC/ACインバータ)と、該インバータ9の出力側に設けられたLCローパスフィルタ10と、コンバータ8及びインバータ9を制御する制御部11とを備えている。該制御部は、マイコンによって主構成され、各制御機能は制御プログラムとして実装されているが、各制御機能に対応する専用回路によって構成されていてもよい。
The power conditioner 3 includes a DC /
コンバータ8を構成する昇圧チョッパ回路は、昇圧リアクトル12と、該昇圧リアクトル12への昇圧動作時の電流の逆流を防止する昇圧用整流器13と、昇圧リアクトル12の蓄積エネルギーを制御するIGBTなどのスイッチング素子17と、整流器13のカソード側に設けられたDCリンク部を構成する平滑コンデンサ15とを備えており、制御部11はスイッチング素子17をPWM制御することによってコンバータ8の入出力電力制御を行うように構成されている。
The step-up chopper circuit constituting the
また、整流器13のアノード側とカソード側とを短絡する短絡回路14が設けられるとともに、該短絡回路14を開閉するためのスイッチ手段16が設けられ、このスイッチ手段16の開閉制御も上記制御部11が行うように構成されている。スイッチ手段16としては、電力損失が殆どないリレーを好適に用いることができるが、IGBTやFETなどの適宜の半導体スイッチング素子を用いてもよい。また、整流器13とスイッチ手段16の機能を一つの半導体デバイスで実現することも可能である。
Further, a
上記インバータ9は双方向インバータとして機能するものであり、系統への電力出力時はDCリンク部からの直流電力をPWM制御若しくはPAM制御によって交流電力に変換し、該交流電力はローパスフィルタ10によって完全な正弦波に変換されて系統側に出力される。一方、系統電力による蓄電池の充電時には、ローパスフィルタ10のコイルが昇圧リアクトルとして機能し、該コイルとインバータブリッジ(Hブリッジ)とによって昇圧回路として機能するようにインバータブリッジを構成するIGBTなどのスイッチング素子を制御するようになっている。本実施形態におけるインバータ9は、フルブリッジ形の電圧形ブリッジインバータであり、いわゆる電圧形電流制御(電流モード制御)を行うことによって出力電流を制御するものである。
The inverter 9 functions as a bidirectional inverter. When power is output to the system, the DC power from the DC link unit is converted into AC power by PWM control or PAM control. Is converted into a sine wave and output to the system side. On the other hand, when the storage battery is charged with system power, the coil of the low-
より詳細には、制御部11によるインバータ9の制御モードとして、コンバータ8により昇圧された直流電力を系統電力に連系する交流電力にインバータ9により変換させて系統側に出力するようにインバータ9のスイッチング素子を制御する電力出力制御モードと、系統側から供給される系統電力をインバータ9により直流電力に整流昇圧して蓄電部2に供給するようにインバータ9のスイッチング素子を制御する充電制御モードが設けられている。さらに、制御部11は、充電制御モード時に短絡回路14を常時閉じるようにスイッチ手段16を制御する一方、電力出力制御モード時には短絡回路14を常時開くようにスイッチ手段16を制御するとともに、昇圧チョッパのスイッチング素子17を常時オフする。
More specifically, as a control mode of the inverter 9 by the
なお、充電制御モード時のDCリンク部15の電圧は、発電電力出力時のDCリンク部15の電圧よりも低くなってもよい。すなわち、発電電力出力制御モード時には、系統電圧の最大値にさらにマージンを加算した値を基準にDCリンク部15の目標電圧が定められる。一方、充電制御モード時は、充放電コントローラ7を介して蓄電池6に充電されればよく、ある程度の電圧差が生じても充放電コントローラ7で対応可能であるため、平滑コンデンサ15やLCフィルタ10などの各定数は電力出力制御モード時の効率優先で設計し、かかる回路を利用して効率よく系統電力から変換可能な電圧値を充電制御モード時のDCリンク部15の目標電圧とすることができる。
Note that the voltage of the
充電制御モード時にインバータ9から蓄電部2側に向けて出力される直流電力は、コンバータ8の短絡回路14及び昇圧リアクトル12を介して殆ど電力損失を生じることなく蓄電部2に供給され、蓄電池6への充電に用いられる。このように、本実施形態のパワーコンディショナ3によれば、昇圧チョッパ回路8を内蔵するものでありながら、系統からの逆方向の電力変換時は昇圧チョッパ回路8をスルーすることによって別途のAC/DCコンバータを設けることなく系統電力を用いて蓄電池6を充電することができ、回路構成の簡素化によるコスト低減が図られる。
The DC power output from the inverter 9 toward the power storage unit 2 in the charge control mode is supplied to the power storage unit 2 through the
また、コンバータ3の制御部11は、蓄電部2の充放電コントローラ7と通信接続され、制御部11及び充放電コントローラ7がそれぞれ検出乃至算出する各種情報を相互に送受信して、下記に例示するような種々の動作制御を行えるようにしている。
1.深夜電力を利用して昼間の消費電力のピークカットをする場合
(a)発電量が消費電力より大きいならば、パワーコンディショナ3の制御部11から充放電コントローラ7に蓄電部2からの出力禁止を指令制御し、蓄電部2からの出力オフの状態で消費電力は全て太陽光発電パネル4から供給し、余剰電力は売電若しくは蓄電池6への充電に用いる。また、満充電状態になれば充放電コントローラ7による充電を停止して、余剰電力はすべて売電する。
(b)発電量が消費電力より小さいならば、パワーコンディショナ3の制御部11から充放電コントローラ7に蓄電電力を放電出力するよう指令制御し、蓄電部2からも電力を供給することによって買電をできるだけ少なくするように制御する。
(c)停電などによるパワーコンディショナ3の動作停止時は、充放電コントローラ7は通信不可などの検出によってパワーコンディショナ3が動作停止していると自律的に判断し、発電電力を用いて蓄電池を充電する。なお、停電時においても、昇圧接続箱5は発電電力によって動作するように構成でき、また、充放電コントローラ7は蓄電池6の蓄電電力によって動作するように構成できるので、停電時であっても発電電力を用いた蓄電池6への充電を行うことができる。また、満充電状態になれば充放電コントローラ7による充電を停止し、昇圧接続箱による昇圧出力制御も停止する。
(d)夜になり太陽光発電パネル4の出力が停止したが消費電力が大きい時間帯は、パワーコンディショナ3の制御部11から充放電コントローラ7に蓄電電力を放電出力するよう指令制御し、消費電力分を蓄電池6から供給し、不足電力分のみを商用電力系統から購入する。
(e)深夜料金時間帯になると、パワーコンディショナ3は充電制御モードに切替わり、短絡回路14のスイッチ手段16を閉じるとともに、充放電コントローラ7に充電動作するように指令制御する。なお、充電を行う時間帯は、各家庭の契約状況に対応できるように、パワーコンディショナ3側のタイマー機能で制御することができる。また、満充電状態になれば充放電コントローラ7は充電を停止するとともに制御部11に満充電であることを指令する指令信号を送信し、該指令信号を受信した制御部11は充電制御モードを停止して、電力出力制御モードに切替えるか、或いは、所定時刻(例えば深夜電力時間帯の終了時刻や日の出時刻など)になるまでパワーコンディショナ3の運転を停止する。
Further, the
1. When peak power consumption is cut during the daytime using late-night power (a) If the amount of power generation is greater than the power consumption, the
(B) If the power generation amount is smaller than the power consumption, the
(C) When the operation of the power conditioner 3 is stopped due to a power failure or the like, the charge / discharge controller 7 autonomously determines that the operation of the power conditioner 3 is stopped by detecting that communication is impossible, and uses the generated power to store the battery. To charge. Even during a power failure, the step-up junction box 5 can be configured to operate with the generated power, and the charge / discharge controller 7 can be configured to operate with the stored power of the storage battery 6. The storage battery 6 can be charged using electric power. Moreover, if it will be in a full charge state, the charge by the charge / discharge controller 7 will be stopped, and the boost output control by a boost connection box will also be stopped.
(D) In the time zone when the output of the photovoltaic power generation panel 4 is stopped at night but the power consumption is large, the
(E) At the midnight charge time zone, the power conditioner 3 switches to the charge control mode, closes the switch means 16 of the
2.停電時の自立運転用として蓄電池を使う場合
(a)自立運転中は発電量に応じて蓄電池を放電させる。
2. When a storage battery is used for autonomous operation during a power failure (a) During autonomous operation, the storage battery is discharged according to the amount of power generation.
このように、本実施形態に係る発電システムによれば、蓄電部2を直流電力側に配置しているので、充放電時の直流−交流変換回路をパワーコンディショナ3と蓄電部7とで共有でき、太陽光発電部1からの充電時にはAC/DC変換が不要のため損失がなく、さらに、停電時には蓄電部2からのアシストによってパワーコンディショナ3の自立運転機能を安定動作させることができる。また、パワーコンディショナ3側で蓄電部2の充放電タイミングを制御しているので、蓄電池6の蓄電量や太陽光発電パネル4の発電量に応じてどちらの電力を負荷に供給するかの調整が容易になる。さらに、パワーコンディショナ3側のタイマー機能で蓄電部2の充放電タイミングを制御するものであるから、深夜電力を利用して昼間の消費電力のピークカットを行うことができる。
As described above, according to the power generation system according to the present embodiment, since the power storage unit 2 is arranged on the DC power side, the power conditioner 3 and the power storage unit 7 share the DC-AC conversion circuit at the time of charging and discharging. In addition, AC / DC conversion is not required when charging from the solar
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate.
1 太陽光発電部
2 蓄電部
3 パワーコンディショナ
4 太陽光発電パネル
5 昇圧接続箱
6 蓄電池
7 充放電コントローラ(充放電制御手段)
8 コンバータ(昇圧チョッパ回路)
9 インバータ
11 制御部
12 昇圧リアクトル
13 昇圧用整流器
DESCRIPTION OF
8 Converter (Boost chopper circuit)
9
Claims (4)
前記整流器のアノード側とカソード側とを短絡する短絡回路と、該短絡回路を前記制御部からの制御によって開閉するスイッチ手段とをさらに備え、前記インバータは双方向インバータであり、前記制御部による前記インバータの制御モードとして、昇圧チョッパ回路により昇圧された直流電力を系統電力に連系する交流電力に前記インバータにより変換させて系統側に出力する電力出力制御モードと、系統側から供給される系統電力を前記インバータにより直流電力に変換して前記蓄電部に供給する充電制御モードが設けられ、該充電制御モード時に前記制御部は短絡回路を常時閉じるように前記スイッチ手段を制御す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。 A boost chopper circuit for boosting DC power input from a power source formed by connecting a photovoltaic power generation unit and a power storage unit in parallel to a predetermined voltage corresponding to the maximum voltage of the system power, and boosted by the boost chopper circuit A voltage source bridge inverter for converting DC power into AC power linked to system power and outputting it to the system side, and a boost chopper circuit and a control unit for controlling the inverter. In a power conditioner having a reactor and a boosting rectifier that prevents backflow of current during boosting operation to the boosting reactor,
A short circuit that short-circuits the anode side and the cathode side of the rectifier; and switch means that opens and closes the short circuit under control from the control unit, wherein the inverter is a bidirectional inverter, and the control unit As an inverter control mode, a power output control mode in which DC power boosted by a boost chopper circuit is converted into AC power linked to system power by the inverter and output to the system side, and system power supplied from the system side Is provided with a charge control mode in which the inverter is converted into DC power and supplied to the power storage unit, and the control unit is configured to control the switch means so as to always close the short circuit in the charge control mode. A power conditioner characterized by
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