JP2015192529A

JP2015192529A - パワーコンディショナー

Info

Publication number: JP2015192529A
Application number: JP2014068119A
Authority: JP
Inventors: 敦牧谷; Atsushi Makitani
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-11-02

Abstract

【課題】パワーコンディショナーの構成機器が共通の接続点の電圧を独自に検出している状態で、それら独自の検出電圧の値を一致させる【解決手段】太陽電池４から供給された直流を所望の交流に変換して出力するパワーコンディショナー２を構成する太陽電池用チョッパ８とインバータ１０とバッテリ用チョッパ１２とは、共通の接続点に接続され、共通接続点の電圧を検出する電圧検出器１６、１８、２０を有し、その検出信号に基づいて独立して制御される。これらは、送受信機２２、２４、２６も有し、インバータ１０がマスターで、他がスレーブで、インバータ１０の送受信機２４が校正信号をスレーブの送受信機２２、２６に送信し、スレーブは、校正信号に応じて電圧検出器１８の検出電圧と電圧検出器１６、２０の検出電圧とを一致させる。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーコンディショナーに関し、特に、パワーコンディショナーの構成機器が独自に備える測定器の検出結果に従って独自に制御されるものに関する。

従来のパワーコンディショナーの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術によれば、太陽電池のような発電手段からの直流が昇圧コンバータで昇圧され、その昇圧コンバータの直流がインバータに供給されて、交流に変換されて、商用系統に供給される。太陽電池の出力電力が増大した場合には、昇圧コンバータとインバータとの接続点に双方向コンバータを介して設けられている蓄電手段が蓄電され、太陽電池の出力電力が減少した場合には、蓄電手段に蓄電された電力が双方向コンバータを介してインバータに供給され、商用系統に太陽電池の発電電力の変動の影響が及びにくくしている。

特開２００１−２３８３５４号公報

特許文献１の技術では、昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータは、共通の制御手段によって制御されているが、昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータがそれぞれ独自に制御され、しかも、昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータの接続点の電圧を制御に使用するために、それぞれが上記接続点の電圧を検出する電圧検出手段を有しているものがある。

例えば温度ドリフト等の影響を受けて、これら電圧検出手段の検出電圧には、同じ接続点の電圧を検出しているにも拘わらず、若干のレベル差が生じてしまう。このようなレベル差が生じている状態で、昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータが独自に制御を行うと、パワーコンディショナーを精度良く制御することができない。

昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータのいずれかが備える電圧検出手段を、昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータで共有すれば、問題は解決されるが、現実的には共有は不可能である。例えば昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータのいずれかが備える電圧検出手段の検出電圧を、ディジタル化して通信手段を介して他の機器に伝送したとしても、通信の応答が遅く、昇圧コンバータ、インバータ及び双方向コンバータでの高速制御には使用できない。しかも、何らかの原因で通信が遮断された場合には、パワーコンディショナー及び太陽電池による発電システムが停止に追い込まれてしまう。

本発明は、パワーコンディショナーの構成機器が共通の接続点の電圧を独自に検出している状態で、それら独自の検出電圧の値を一致させることを目的とする。

本発明の一態様によるパワーコンディショナーは、得られる電力が変動する発電手段、例えば太陽電池から供給された直流を所望の交流に変換して出力するもので、このパワーコンディショナーを構成する機器のうち、共通の接続点に接続される共通接続点接続機器が複数ある。共通接続点接続機器としては、例えば、発電手段から供給された直流を所望の直流に変換する直流−直流変換手段と、この直流−直流変換手段の出力側に入力側が接続されて、前記直流−直流変換手段からの直流を交流に変換して出力するインバータとを有するものがある。この場合、直流−変換手段の出力側とインバータとの入力側とが共通接続点である。或いは、これに加えて、共通接続点と畜電手段との間に介在する別の直流−直流変換手段が共通接続点接続機器に含まれることもある。これら共通接続点接続機器は、電圧検出手段をそれぞれが有し、その検出信号に基づいて独立して制御される。これら共通接続点接続機器それぞれが通信手段を有している。これら共通接続点接続機器の１つがマスターで、他がスレーブである。前記マスターの前記通信手段が校正信号を前記スレーブの前記通信手段に送信し、前記スレーブは、前記校正信号に応じて前記マスターの前記電圧検出手段の検出電圧と前記スレーブの前記電圧検出手段の検出電圧とを一致させる。

全ての電圧検出手段の電圧を一致させる手法としては、種々のものがあり、例えば、前記校正信号が、前記マスターの検出電圧を含み、前記スレーブは、前記スレーブの検出電圧に対する伝送された前記マスターの検出電圧の比率を算出し、この比率を以後に検出されるスレーブの検出電圧に対して乗算する。この比率の計算は所定の周期ごとに行うこともできるし、１つの校正のタイミングにおいて複数回に渡ってマスターの検出電圧の送信を行い、その送信ごとに比率を求め、その平均値や中心値を、スレーブにおいて乗算する比率として使用することもできる。或いは、校正信号は、各スレーブに対する検出電圧の送信要求であって、マスターは、各スレーブから送信された各検出電圧に対するマスターの検出電圧の比率を算出し、この比率を対応するスレーブに送信し、各スレーブは、以後、その比率を以後に検出されるスレーブの検出電圧に対して乗算する。この比率の計算も、所定の周期ごとに行うこともできるし、１つの校正のタイミングにおいて複数回に渡ってマスターの検出電圧の送信を行い、その送信ごとに比率を求め、その平均値や中心値を、スレーブにおいて乗算する比率として使用することもできる。

或いは、校正信号によってマスターから、マスターの検出電圧がスレーブに送信されると、スレーブは、そのマスターの検出電圧からスレーブの検出電圧を減算し、その減算値を以後のスレーブの検出電圧に加算する。或いは、マスターからの要求でスレーブからマスターに検出電圧を送信し、マスターによって上記のように減算し、その減算値を対応するスレーブに伝送し、各スレーブでは伝送された減算値を以後の検出電圧に加算する。上記と同様に、所定の周期ごとに上記の校正を行うこともできるし、1度の校正タイミングにおいて、複数回にわたってマスターから各スレーブに検出電圧を送信したり、複数回にわたって各スレーブからマスターに検出電圧を送信したりして、各スレーブごとに複数の減算値を算出し、これらの平均値または中心値を使用することもできる。

以上のように、本発明によれば、パワーコンディショナーにおける共通接続点接続機器が備える電圧検出手段で共通接続点の電圧をそれぞれ検出する場合に、校正信号を供給するごとに、これら電圧検出手段の測定値を一致させることができ、共通の電圧検出手段で検出した検出電圧を通信手段によって各共通接続点接続機器に伝送する場合に生じるような応答遅れが生じる事がないし、通信手段の呼称による制御不能となることもない。

本発明の１実施形態のパワーコンディショナーのブロック図である。図１のパワーコンディショナーのフローチャートである。

本発明の１実施形態のパワーコンディショナー２は、発電手段、例えば太陽電池４からの直流電力を、所望の交流電力に変換して、商用連系６に供給するもので、図１に示すように第１の直流−直流変換手段、例えば太陽電池用チョッパ８を有している。この太陽電池用チョッパ８は、太陽電池４からの直流電圧を所望の直流電圧に変換して、インバータ１０の入力側に供給する。インバータ１０は、太陽電池用チョッパ１０から入力側に供給された直流電圧を所望の周波数及び所望の電圧の値の交流電圧に変換して、商用系統６に供給する。なお、太陽電池４と太陽電池用チョッパ８との間には、複数の太陽電池を直列に接続する接続箱が設けられることがあるが、図示は省略してある。太陽電池用チョッパ８の出力側とインバータ１０の入力側とが接続されており、この接続点が共通接続点であり、これら太陽電池用チョッパ８とインバータ１０とが共通接続点接続機器である。この共通接続点には、別の共通接続点接続機器である第２の直流−直流変換手段、例えばバッテリ用チョッパ１２が接続され、蓄電手段、例えば充放電可能なバッテリ１４を、共通接続点の電圧によって充電したり、共通接続点にバッテリ１４に蓄電された電圧を放電したりするようにバッテリ１４を制御する。

太陽電池用チョッパ８、インバータ１０及びバッテリ用チョッパ１２は、いずれもそれぞれの内部に有する制御手段によって独自に制御されているが、その制御には、いずれも共通接続点の電圧を使用している。この電圧は、太陽電池用チョッパ８で、内蔵する電圧検出手段、例えば電圧検出器（ＤＶ）１６によって検出され、インバータ１０で、内蔵する電圧検出器１８によって検出され、バッテリ用チョッパ１２では内蔵する電圧検出器２０によって検出される。これら電圧検出器１６、１８、２０は、共通接続点の電圧を増幅する増幅手段、例えば絶縁増幅器と、Ａ／Ｄ変換手段、例えばＡ／Ｄ変換する変換器とを有するものである。

同じ接続点の電圧を検出しており、本来等しい検出電圧信号を発生しているはずの電圧検出器１６、１８、２０の検出電圧信号に、微小なレベル差が生じる可能性がある。この検出電圧信号に差が生じると、上述したような不都合が生じる。そこで、太陽電池用チョッパ８、インバータ１０、バッテリ用チョッパ１２それぞれに通信手段、例えば送受信機（ＴＲ）２２、２４、２６を設け、太陽電池用チョッパ８、インバータ１０、バッテリ用チョッパ１２のうちいずれか１台、例えばインバータ１０をマスターとし、残りの太陽電池用チョッパ８、バッテリ用チョッパ１２をスレーブとして、１対Ｎの通信を可能としてある。そして、マスターであるインバータ１０の送受信機２４から、スレーブである太陽電池用チョッパ８、バッテリ用チョッパ１２の送受信機２２、２６に校正信号を供給し、この校正信号を受信した太陽電池用チョッパ８及びバッテリ用チョッパ１２は、校正を行い、以後、各電圧検出器１６、１８、２０の検出電圧を一致させる。

例えば図２に示すように、インバータ１０では、その出力側において出力電力を検出し、Ａ／Ｄ変換する（ステップＳ２）。これは、インバータの出力側に設けた電流検出器と電圧検出器からの電流検出信号と電圧検出信号とをそれぞれＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換し、それらＡ／Ｄ変換する変換器を乗算することによって算出できる。次に、そのＡ／Ｄ変換値に所定のゲインＫを乗算して出力電力の計測値を演算する（ステップＳ４）。この計測値を用いてＣＰ制御（定電力制御）値を演算し、その後にリファレンス値変換する（ステップＳ６）。一方、インバータ１０の入力側において、共通接続点の電圧である入力電圧を検出し、Ａ／Ｄ変換する（ステップＳ８）。このＡ／Ｄ変換する変換値に所定のゲインＫ１を乗算して、入力電圧の計測値を演算する（ステップＳ１０）。この継続値を用いてＣＶ制御（定電圧制御）値を演算する（ステップＳ１２）。そして、ＣＶ制御値とＣＰ制御値とを比較し、値の小さい方を選択し（ステップＳ１４）、定電流制御（ＣＣ）値を演算し（ステップＳ１６）、これら制御値に基づいてＰＷＭ出力を生成し（ステップＳ１８）、インバータ１０を構成する複数の半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴを制御する。

スレーブの１つである太陽電池用チョッパ８でも、その入力側及び出力側の電圧を検出してＡ／Ｄ変換し（ステップＳ２０、Ｓ２２）、その変換値それぞれに対して予め定められたゲインを乗算して、入力電圧の計測値と出力電圧の計測値とを演算する（ステップＳ２４、Ｓ２６）。入力電圧の計測値に基づく定電圧制御（ＣＶ１制御）値と、出力電圧の計測値に基づく定電圧制御（ＣＶ２制御）値とを算出し（ステップＳ２８、Ｓ３０）、これらを比較し、小さい方を選択し（ステップＳ３２）、更に定電流制御（ＣＣ）値を演算し（ステップＳ３４）、これら制御値に基づいてＰＷＭ出力を生成し（ステップＳ３６）、太陽電池用チョッパ８を構成する複数の半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴを制御する。

ここで、太陽電池用チョッパ８の出力電圧の計測値と、インバータ１０の入力電圧計測値とは、共通接続点の電圧を検出しているので、本来は等しい値でなければならないが、微小な差が生じる。そのため、所定周期、例えば予め定めた回数だけステップＳ１０が実行されるごとに、そのときの計測値を、インバータ１０の送受信機２４から太陽電池用チョッパ８の送受信機２２に、校正信号として伝送する。

この計測値の伝送を受けた太陽電池用チョッパ８では、マスター（インバータ１０）の計測値を、スレーブ（太陽電池用チョッパ８）の計測値で除算して、ゲイン係数Ｋ２を演算する（ステップＳ３８）。このゲイン係数Ｋ２は、ステップＳ２６での共通接続点電圧の計測値の演算において、Ａ／Ｄ変換値に本来のゲイン係数Ｋ１とステップＳ３８で算出したゲイン係数Ｋ２とを乗算する。これによって、以後、新たにマスターの計測値が伝送されて新たにゲイン係数Ｋ２が演算されるまで、今回演算されたゲイン係数Ｋ２と元々使用していたゲイン係数Ｋ１とによって、太陽電池用チョッパ８の共通接続点電圧の計測値が演算され、この値は、インバータ１０のステップＳ１０で演算されている共通接続点電圧の継続値と一致する。

図示していないが、太陽電池用チョッパ８に対してインバータ１０の計測値を送信したとき、同時にバッテリ用チョッパ１２にもインバータ１０の計測値が送信され、バッテリ用チョッパ１２における共通接続点電圧の計測値でインバータ１０の計測値が除算され、その除算値がゲイン係数Ｋ２’とされ、バッテリ用チョッパ１２における共通接続点電圧のＡ／Ｄ変換する変換値に、バッテリ用チョッパ１２において本来使用されていたゲイン係数Ｋ１’と上記のゲイン係数Ｋ２’とが乗算されて、バッテリ用チョッパ１２における計測値が算出される。この計測値も、太陽電池用チョッパ８、インバータ１０の共通接続点電圧の計測値に一致する。

従って、太陽電池用チョッパ８、インバータ１０、バッテリ用チョッパ１２では、それぞれ共通接続点電圧の計測値が一致した状態であるので、それぞれが独自に制御を行っても、制御された共通接続点電圧を一致させることができ、不要な電流が流れることはない。また、特定の機器での共通接続点電圧の計測値を他の機器に伝送せずに、各機器において計測しているので、計測値の伝送遅れが生じず、太陽電池用チョッパ８、インバータ１０及びバッテリ用チョッパ１２における高速制御に影響を与えることがない。また、送受信機２２、２４、２６間の通信が不能になったとしても、今までに使用されていたゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’を使用して、パワーコンディショナー２の運転は継続することができ、全体が停止するようなこともない。

上記の実施形態では、インバータ１０をマスターとし、太陽電池用チョッパ８、バッテリ用チョッパ１２をスレーブとしたが、太陽電池用チョッパ８、バッテリ用チョッパ１２のうち一方をマスターとし、残りとインバータ１０とをスレーブとすることもできる。

また、上記の実施形態では、校正信号としてマスターから各スレーブにマスターの計測値を送信したが、校正信号として各スレーブにスレーブの計測値の送信要求を送信し、各スレーブからマスターに送信された計測値とマスターの計測値とに基づいてマスターにおいてゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’を演算し、これらを対応するスレーブに送信することもできる。また、上記の実施形態では、校正信号としてマスターの計測値を１度だけ送信して、ゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’を算出したが、校正信号としてマスターの計測値を、異なるタイミングで複数回スレーブに送信し、スレーブでマスターの計測値を受信するごとにスレーブの計測値に対するマスターの計測値の比率を算出し、算出された複数の比率の平均値または中央値をゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’として使用することもできる。各スレーブから異なるタイミングで複数回に亘ってスレーブ計測値をマスターに送信させて得た複数のスレーブの計測値に対するマスターの計測値の比率を算出し、算出された複数の比率の平均値または中央値をゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’として使用することもできる。

また、上記の実施形態では、校正は、マスターの計測値に対するスレーブの計測値の除算値であるゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’と、スレーブにおけるＡ／Ｄ変換する変換値と、スレーブのおけるゲイン係数とを乗算して、スレーブにおけるゲイン係数を補正したが、これに限ったものではなく、例えば電圧検出器１６、１８、２０の出力のオフセットの影響が無視できないような場合には、マスターの計測値とスレーブの計測値との差を算出し、この差をスレーブの計測値に加算することもできる。この場合も、上記の実施形態と同様にマスターの計測値を校正信号として各スレーブに送信し、各スレーブで上記の差を算出することもできるし、マスターから各スレーブに各スレーブの計測値をマスターに送信することを要求する送信要求信号を校正信号として送信し、マスターにおいて、マスターの計測値から、スレーブから送信されてきた各計測値をそれぞれ減算し、それら減算値を対応するスレーブに送信することもできる。また、校正信号としてマスターの計測値を、異なるタイミングで複数回スレーブに送信し、スレーブでマスターの計測値を受信するごとにマスターの計測値のスレーブの計測値に対する差を算出し、算出された複数の差の平均値または中央値をゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’として使用することもできる。各スレーブから異なるタイミングで複数回に亘ってスレーブ計測値をマスターに送信させて得た複数のスレーブの計測値とマスターの計測値との差を算出し、算出された複数の差の平均値または中央値をゲイン係数Ｋ２、Ｋ２’として使用することもできる。

上記の実施形態では、バッテリ用チョッパ１２とバッテリ１４とを設けたが、これらを除去することも可能である。また、バッテリ１４に代えて、他の蓄電手段、例えば電気二重層コンデンサを使用することもできる。

８太陽電池用チョッパ（共通接続点接続機器）
１０インバータ（共通接続点接続機器）
１２バッテリ用チョッパ（共通接続点接続機器）
１４バッテリ（蓄電手段）
１６１８２０電圧検出器（電圧検出手段）
２２２４２６送受信機（通信手段）

Claims

得られる電力が変動する発電手段から供給された直流を所望の交流に変換して出力するパワーコンディショナーにおいて、このパワーコンディショナーを構成する機器のうち、共通の接続点に接続される共通接続点接続機器が複数あり、これら共通接続点接続機器は、前記共通接続点の電圧を検出する電圧検出手段をそれぞれが有し、その検出信号に基づいて独立して制御され、
前記共通接続点接続機器は、それぞれが通信手段を有し、前記共通接続点接続機器の１つがマスターで、他がスレーブで、前記マスターの前記通信手段が校正信号を前記スレーブの前記通信手段に送信し、前記スレーブは、前記校正信号に応じて前記マスターの前記電圧検出手段の検出電圧と前記スレーブの前記電圧検出手段の検出電圧とを一致させるパワーコンディショナー。
請求項１記載のパワーコンディショナーにおいて、前記共通接続点接続機器は、前記発電手段から供給された直流を所望の直流に変換する直流−直流変換手段と、前記直流−直流変換手段の出力側に入力側が接続されて、前記直流−直流変換手段からの直流を交流に変換して出力するインバータとであるパワーコンディショナー。
請求項２記載のパワーコンディショナーにおいて、前記共通接続点接続機器には、前記インバータの入力側と畜電手段との間に介在する別の直流−直流変換手段が含まれるパワーコンディショナー。
請求項１乃至３いずれか記載のパワーコンディショナーにおいて、前記校正信号は、前記マスターの検出電圧を含み、前記スレーブは、前記スレーブの検出電圧に対する伝送された前記マスターの検出電圧の比率を算出し、この比率を以後に検出されるスレーブの検出電圧に対して乗算するパワーコンディショナー。