JP2015043681A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】無効電力の調整範囲を拡大すること。【解決手段】実施形態によれば、パワーコンディショナは、発電装置と無効電力補償装置とを具備する発電所に備えられる。発電装置は、それぞれ再生可能エネルギーに由来する直流電圧を発生する。パワーコンディショナは、直流電圧を交流電圧に変換する。無効電力補償装置は、交流電圧を系統に供給する際の無効電力を補償する。パワーコンディショナは、補償部と、通信部と、制御部とを具備する。補償部は、交流電圧の力率を制御して個別に無効電力を補償する。通信部は、他のパワーコンディショナに備わる補償部の制御状態を通信回線を介して取得する。制御部は、取得された状態に基づいて、無効電力補償装置による無効電力の補償量を制御する。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、再生可能エネルギー発電所（以下メガ発電所）に好適に利用可能なパワーコンディショナに関する。

日本では、再生可能エネルギーの固定価格買取制度（feed in tariff：ＦＩＴ）が２０１２年７月１日から開始した。この制度の開始以降、太陽光発電装置や風力発電装置などを含むメガ発電所の建設に弾みがかかっている。この種の発電所を電力会社の送電線又は配電線に接続して運用することを系統連系という。系統連系により、再生可能エネルギーに由来する電力を電力会社に売電することなどが可能になる。

ところで、系統連系に際しては電気事業法により、系統の電圧を既定の範囲内に維持することを求められる。しかし太陽光発電の発電量は昼夜を含む日照量の増減により変動し、風力発電の発電量は風車のブレードに当たる風の強弱により変動する。つまりメガ発電所から系統に供給される電圧（あるいは電力）は安定しないので、系統の能力によっては大幅な電圧変動（フェランチ現象）が発生する。

過度の電圧変動をもたらすメガ発電所を系統に接続することは困難である。そこで従来から、無効電力を調整して電圧を安定化することが行われている。例えばメガ発電所に備えられるパワーコンディショナ（ＰＣＳ（power conditioning system））に力率調整機能を備えることで、系統に逆流（reverse flow）する電力の無効電力を調整することができる。

特開２００８−３５６４０号公報

近年、発電所が大規模化するに伴い、ＰＣＳの機能だけでは無効電力を十分に補償できないケースが増えている。ＰＣＳと別に無効電力補償装置を設けることは有効な対策であるが、現状ではＰＣＳと無効電力補償装置とが相互の連携なく個別に無効電力を補償しているので互いに十分な能力を発揮できていない。

一定容量を段階的に制御可能な分路リアクトル（シャントリアクトル）や、電力変換素子を使用したＳＶＣ（Static Var Compensator）などが無効電力補償装置として知られているが、いずれも大変高価である。無効電力の調整範囲を効果的に拡大できるようにすることが望まれている。
目的は、無効電力の調整範囲を拡大したパワーコンディショナを提供することにある。

実施形態によれば、パワーコンディショナは、発電装置と無効電力補償装置とを具備する発電所に備えられる。発電装置は、それぞれ再生可能エネルギーに由来する直流電圧を発生する。パワーコンディショナは、直流電圧を交流電圧に変換する。無効電力補償装置は、交流電圧を系統に供給する際の無効電力を補償する。パワーコンディショナは、補償部と、通信部と、制御部とを具備する。補償部は、交流電圧の力率を制御して個別に無効電力を補償する。通信部は、他のパワーコンディショナに備わる補償部の制御状態を通信回線を介して取得する。制御部は、取得された状態に基づいて、無効電力補償装置による無効電力の補償量を制御する。

図１は、メガソーラを含む配電系統の一例を示す図である。 図２は、図１に示されるメガソーラの一例を示す機能ブロック図である。 図３は、実施形態に係わるパワーコンディショナの一例を示す機能ブロック図である。 図４は、比較のため既存のパワーコンディショナの一例を示す機能ブロック図である。

図１は、メガソーラを含む配電系統の一例を示す図である。配電用変電所４００から６．６ｋＶの高圧系統に配電される電圧は柱上変圧器５００により２００／１００Ｖの電圧に降圧され、各家庭（ホーム２００）に備わる負荷３００に供給される。

メガソーラ１００は変電所４００から離れた位置、つまり系統の下流側などに設置されることが多い。メガソーラ１００から出力される交流電圧は高圧トランス６００を介して系統に連系され、逆潮流となる。メガソーラ１００は、多数のＰＶ（photovoltaic）パネル１０を備える。

ＰＶパネル１０は、再生可能エネルギーに由来する直流電圧を発生する発電装置の一例である。ＰＶパネル１０の数は数百〜数万枚の規模に及び、トータルでの発電量はメガワット［ＭＷ］オーダになる。
そこで、メガソーラ１００は無効電力補償装置７００を備える。無効電力補償装置７００は交流電圧を系統に供給する際の無効電力を補償する。その補償量は、逆潮流の状態や系統の電圧変動に基づいて時々刻々と変動する。

図２は、図１に示されるメガソーラの一例を示す機能ブロック図である。図２において、ＰＶパネル１０（あるいは複数のＰＶパネル１０群）は、それぞれ実施形態に係るパワーコンディショナ（ＰＣＳ）３０に接続される。ＰＣＳ３０は、ＰＶパネル１０から供給される直流電圧を各々交流電圧に変換する。ＰＣＳ３０から出力される交流電圧は、それぞれのＰＣＳ３０により力率制御されたのち合成され、高圧トランス６００を介して系統に接続される。高圧トランス６００に接続される交流電圧の無効電力は、無効電力補償装置７００により制御される。これによりメガソーラ１００のトータルでの無効電力補償が実現される。
無効電力補償装置７００には例えばシャントリアクトルを使用し、市場で流通しているものを転用することが可能である。リアクトル上位に設けた開閉器のみを制御して無効電力補償機能を実現することで、制御を簡素化できる。

ところで、実施形態に係わるＰＣＳ３０は、通信回線８００を介して互いに通信する機能を備える。すなわちＰＣＳ３０は、個別の力率制御に係わる情報やＰＶパネル１０の発電量などの情報を、通信回線８００を介して互いに共有する。そして、この共有された情報に基づいて無効電力補償装置７００を制御するための制御信号（指令値）が生成される。この制御信号は、例えばマスタとなるＰＣＳ３０から無効電力補償装置７００に送信される。

図３は、実施形態に係わるパワーコンディショナの一例を示す機能ブロック図である。図３において、ＰＶパネル１０で生じた直流電圧はＰＣＳ３０のインバータ回路４１に入力され、交流電圧に変換されて出力される。交流電圧の電圧値（ＶＡＣ）、電流実効値（ＩＡＣ）あるいは力率などの諸量は、インバータ回路４１に与えられるゲート信号４２に基づいて可変制御される。

直流電流値（ＩＤＣ）、ＶＡＣおよびＩＡＣは、補償部５０の電流・電圧制御回路５１に与えられる。補償部５０は交流電圧の力率を制御して無効電力を補償するもので、電流・電圧制御回路５１、電圧上昇抑制制御回路５２および電力制御回路５３を備える。

電圧上昇抑制制御回路５２は、系統に逆潮流する電圧を、交流電圧値ＶＡＣに基づいて抑制する。その出力は電流・電圧制御回路５１に与えられる。
電力制御回路５３は、系統に逆潮流する電圧に基づく電力を、交流電圧値ＶＡＣに基づいて制御する。その出力は電流・電圧制御回路５１と、ＰＣＳ３０の主制御部４４と、他のＰＣＳの電力制御回路とに出力され、無効電力補償のための力率制御に用いられる。

主制御部４４は、通信回線８００（図２）を介して他のＰＣＳ３０に接続され、当該他のＰＣＳ３０に備わる補償部５０の制御状態を、通信回線８００を介して取得する。補償部５０の制御状態とは、例えば無効電力の補償に関する種々の情報や、無効電力補償装置７００に対する制御量を示すモニタ信号などである。

そして主制御部４４は、取得された情報（制御状態）に基づいて、無効電力補償装置７００に対する制御信号（指令値）を生成する。この制御信号（指令値）が無効電力補償装置７００に送信されることにより、無効電力補償装置７００による無効電力の補償量が制御される。

図４は、比較のため既存のパワーコンディショナの一例を示す機能ブロック図である。図４示される既存のＰＣＳ３０は、主制御部４４はもとより、他のＰＣＳ３０と通信して各種の情報を共有する機能を備えていない。よって各々のＰＣＳ３０はＰＶパネル１０から出力される直流電圧を交流電圧に変換する際、交流電圧値を制御する機能を備えるに留まる。このためメガソーラ１００全体で無効電力を補償するまでには至らず、各ＰＣＳ３０から出力される電圧を制御することが実現されるに過ぎない。

これに対し実施形態によれば、各ＰＣＳ３０においてＰＶパネル１０から出力される直流電圧を交流電圧に変換するだけではなく、ＰＣＳ３０の相互間で無効電力の補償に関する情報を共有監視される。そして、共有された情報に基づいて無効電力補償装置７００に対する制御信号が生成され、この制御信号を無効電力補償装置７００に送信することで発電所全体の無効電力が補償される。

すなわち実施形態によれば、それぞれのＰＣＳ３０に備わる無効電力補償機能を総合的にモニタし、その結果に基づいて無効電力補償装置７００が制御されるので、発電所全体の無効電力を補償することができる。また、各ＰＣＳ毎に無効電力補償装置を設けることも考えられるが、複数のＰＣＳで共有の無効電力補償装置を用いることにより、効率的に無効電力補償装置を設置して運用を行うことが可能となる。

これらのことから、無効電力の調整範囲を拡大したパワーコンディショナを提供することが可能となる。これにより、電力会社の配電系統の能力に左右されること無く、メガ発電所を容易に、かつ安価に設置することが可能になる。ひいては、メガ発電所の系統連系を促進することが可能になる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

４００…配電用変電所、５００…柱上変圧器、２００…ホーム、３００…負荷、１０…ＰＶパネル、１００…メガソーラ、６００…高圧トランス、７００…無効電力補償装置、３０…パワーコンディショナ（ＰＣＳ）、８００…通信回線

Claims (3)

1. それぞれ再生可能エネルギーに由来する直流電圧を発生する発電装置と、それぞれ前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のパワーコンディショナと、前記交流電圧を系統に供給する際の無効電力を補償する無効電力補償装置とを具備する発電所に備えられる前記パワーコンディショナにおいて、
   前記交流電圧の力率を制御して個別に無効電力を補償する補償部と、
   他のパワーコンディショナに備わる前記補償部の制御状態を通信回線を介して取得する通信部と、
   前記取得された状態に基づいて、前記無効電力補償装置による前記無効電力の補償量を制御する制御部とを具備する、パワーコンディショナ。
2. 前記通信部は、前記通信回線を介して前記他のパワーコンディショナによる前記無効電力補償装置の制御状態を監視する、請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記制御部は、前記制御状態の監視結果に基づいて前記無効電力の補償量を制御する、請求項２に記載のパワーコンディショナ。