JP2015233363A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
従来、分散電源システムが多数接続された系統において、系統電圧の低下が発生して分散電源システムが脱落すると、電源喪失によりさらに系統電圧の低下が進み、大規模な停電が発生する恐れがある。そのため、分散電源は系統電圧低下時にも発電（給電）を継続することが望ましい。分散電源の多くは、チョッパなどの発電電力制御用電力変換器によって、発電した電力を所定の電圧の直流電力に変換し、その直流電力を自励式電力変換器である系統連系用電力変換器で交流電力に変換して交流系統に出力する。系統連系用電力変換器及び発電電力制御用電力変換器の接続端子には、直流電圧の変動を抑制する平滑コンデンサが並列に接続される。 Conventionally, in a system in which a large number of distributed power supply systems are connected, if the system voltage drops and the distributed power supply system drops, the power supply loss further reduces the system voltage, which may cause a large-scale power failure. For this reason, it is desirable for the distributed power source to continue power generation (power feeding) even when the system voltage drops. Many distributed power sources convert power generated by a power converter for controlling generated power, such as a chopper, into DC power of a predetermined voltage, and the DC power is a self-excited power converter. To convert to AC power and output to AC system. A smoothing capacitor that suppresses fluctuations in DC voltage is connected in parallel to the connection terminals of the grid interconnection power converter and the power generation control power converter.
自励式電力変換器は、一般に、熱的制約により定格電流以上の電流を連続で出力することができない。そのため、系統事故などにより系統電圧が低下すると、系統連系用電力変換器の出力電流は定格電流に制限されるため、系統電圧と系統連系用電力変換器出力電流の積である出力電力の上限値は低下する。このとき、太陽光発電パネルで発電した電力が系統連系用電力変換器の出力可能な電力を上回ると、系統連系用電力変換器の直流端子に並列接続される平滑コンデンサが充電されるが、平滑コンデンサが過度に充電されると、系統連系用電力変換器及び発電電力制御用電力変換器のスイッチング素子や平滑コンデンサの破損を生じる可能性がある。 In general, a self-excited power converter cannot continuously output a current exceeding a rated current due to thermal restrictions. For this reason, when the system voltage drops due to a system fault, etc., the output current of the grid interconnection power converter is limited to the rated current, so the output power that is the product of the grid voltage and the grid interconnection power converter output current The upper limit value decreases. At this time, if the power generated by the photovoltaic power generation panel exceeds the power that can be output from the grid interconnection power converter, the smoothing capacitor connected in parallel to the DC terminal of the grid interconnection power converter is charged. If the smoothing capacitor is excessively charged, there is a possibility that the switching element and the smoothing capacitor of the grid interconnection power converter and the power converter for generated power control may be damaged.
例えば、特許文献１には、「電源より発電した電力を交流系統に出力する電力変換装置であって、交流系統の電圧低下時の運転継続性を向上する」ことを課題として、「一端を交流系統２に接続し、他端を電源３に接続し、発電機の発電電力を制御する電力変換器１１と、交流系統に出力する電力を制御する電力変換器１０と、前記電力変換器を制御する制御部２００を備える。交流系統からの電圧を振幅算出器２００１で算出し、この電圧振幅を電流換算し、電源３から発電する電力の上限値をリミッタ２００５により制限する。
最大電力運転制御器２００４は直流電流とパネル電圧を入力し、最大電力運転が可能な電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを探索する。電流指令値Ｉｄｃｒｅｆは０−上限値間に制限されて（ＩｄｃｒｅｆＮ）直流電流との差分をとり、電流制御器２００７で電圧指令値Ｖｃｈｏｐを発生し、電力変換器１１に出力する」技術が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、交流系統の電圧振幅を検出し、該電圧振幅が所定の値以下となった場合には、電源からの発電電力を系統連系用電力変換器の出力可能な電力以下となるように制限することで、電力変換器を過電圧から保護する。
For example, Patent Document 1 states that “it is a power conversion device that outputs power generated from a power source to an AC system and improves operation continuity when the voltage of the AC system is reduced”. Connected to the
The maximum power operation controller 2004 receives a direct current and a panel voltage, and searches for a current command value Idref that allows the maximum power operation. The current command value Idref is limited between 0 and the upper limit value (IdcrefN), takes a difference from the direct current, generates a voltage command value Vchop by the current controller 2007, and outputs it to the
しかしながら、上記従来の技術によれば、交流系統の電圧振幅を検出し、該電圧振幅が所定の値以下となった場合に電源からの発電電力が制限される。そのため、系統電圧が復旧したときに、制限された発電電力が制限前の出力に復帰するまでに時間を要する、という問題があった。 However, according to the above conventional technique, when the voltage amplitude of the AC system is detected and the voltage amplitude becomes equal to or less than a predetermined value, the generated power from the power source is limited. Therefore, there is a problem that when the system voltage is restored, it takes time until the limited generated power returns to the output before the limit.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、系統電圧の低下時に電源からの発電電力を制限し、その後に系統電圧が復旧したとき、発電電力が制限前の出力に速やかに復帰する電力変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and restricts the generated power from the power source when the system voltage decreases, and when the system voltage is restored thereafter, the generated power quickly returns to the output before the limit. It aims at obtaining a power converter device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池モジュールの発電電力を交流系統に出力する電力変換装置において、前記太陽電池モジュールの発電電力を直流電力に変換する発電電力制御用電力変換器と、前記発電電力制御用電力変換器の出力端に接続された平滑コンデンサと、前記発電電力制御用電力変換器と前記平滑コンデンサに接続され、前記直流電力を変換して前記交流系統に出力する系統連系電力変換器と、前記太陽電池モジュールから前記発電電力制御用電力変換器への前記発電電力を制御しつつ出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流系統の電圧振幅を算出する振幅算出器と、前記電圧振幅に応じて前記発電電力制御用電力変換器の出力電流上限値を変化させることで発電電力上限値を変化させる発電電力制限手段と、前記太陽電池モジュールの最大電力を探索して前記太陽電池モジュールの出力電流指令値を出力する最大電力運転制御器を備え、前記電圧振幅が設定値より小さい場合には、前記発電電力制御用電力変換器の出力電流上限値を小さくして前記平滑コンデンサの過充電を抑制しつつ、前記出力電流指令値を小さくし、前記平滑コンデンサの過充電を抑制しているときには前記出力電流指令値を更新することなく維持することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a power converter that outputs generated power of a solar cell module to an AC system, and generates power that converts the generated power of the solar cell module into DC power. A power converter for control, a smoothing capacitor connected to an output terminal of the power converter for generated power control, a power converter for controlling the generated power and the smoothing capacitor, and converting the DC power to convert the DC power A grid-connected power converter that outputs to an AC system, and a control unit that outputs the generated power from the solar cell module to the power converter for controlling the generated power, and the control unit includes: Amplitude calculator that calculates the voltage amplitude of the AC system, and the generated power upper limit value is changed by changing the output current upper limit value of the power converter for generated power control according to the voltage amplitude. And a maximum power operation controller that searches for the maximum power of the solar cell module and outputs an output current command value of the solar cell module, and when the voltage amplitude is smaller than a set value, The output current command value is reduced while suppressing the overcharge of the smoothing capacitor while suppressing the overcharge of the smoothing capacitor by reducing the output current upper limit value of the power converter for generating power control. The output current command value is maintained without being updated.
本発明によれば、系統電圧の低下時に電源からの発電電力を制限し、その後に系統電圧が復旧したとき、発電電力が制限前の出力に速やかに復帰する電力変換装置を得ることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to obtain a power conversion device that restricts the generated power from the power source when the system voltage is reduced, and then when the system voltage is restored, the generated power quickly returns to the output before the limit. There is an effect.
以下に、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a power conversion device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態．
図１は、本発明にかかる電力変換装置の主回路の実施の形態の構成の一例を示す図である。図１に示す電力変換装置１は、交流系統２と、太陽電池モジュール３とを接続している。電力変換装置１は、系統連系用電力変換器１０、発電電力制御用電力変換器１１、平滑コンデンサ１２、連系インピーダンス１３、昇圧リアクトル１４、逆流防止用ダイオード１５及び制御器２００を備える。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of an embodiment of a main circuit of a power conversion device according to the present invention. A power conversion device 1 shown in FIG. 1 connects an
太陽電池モジュール３の正極は、逆流防止用ダイオード１５及び昇圧リアクトル１４を介して発電電力制御用電力変換器１１の入力端子１１Ｘに接続され、太陽電池モジュール３の負極は、発電電力制御用電力変換器１１の入力端子１１Ｙに接続される。
The positive electrode of the
発電電力制御用電力変換器１１は、入力端子１１Ｘ，１１Ｙと、ＩＧＢＴ素子１１ａ，１１ｂと、出力端子１１Ｐ，１１Ｎとを備え、ＩＧＢＴ素子１１ａ，１１ｂにより構成される昇圧チョッパである。ＩＧＢＴ素子１１ａ，１１ｂは制御器２００から出力される信号（ゲート信号）によりＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される。なお、ＩＧＢＴ素子１１ａ，１１ｂは、ＩＧＢＴと該ＩＧＢＴに逆並列に接続されたダイオードとを含む。
The
制御器２００は、ＰＷＭ制御により太陽電池モジュール３から発電電力制御用電力変換器１１への電力を制御しつつ、出力端子１１Ｐ，１１Ｎに出力する。出力端子１１Ｐ，１１Ｎの間には平滑コンデンサ１２が接続され、発電電力制御用電力変換器１１の出力電圧を平滑化する。
The
系統連系用電力変換器１０は、入力端子１０Ｐ，１０Ｎと、ＩＧＢＴ素子１０ａ〜１０ｄと、出力端子１０Ｕ，１０Ｖとを備える単相インバータである。入力端子１０Ｐは発電電力制御用電力変換器１１の出力端子１１Ｐに接続され、入力端子１０Ｎは発電電力制御用電力変換器１１の出力端子１１Ｎに接続され、入力端子１０Ｐ，１０Ｎは、発電電力制御用電力変換器１１の出力電力を受け取る。出力端子１０Ｕは、連系インピーダンス１３を介して交流系統２に接続される。ＩＧＢＴ素子１０ａ〜１０ｄが含むＩＧＢＴは、制御器２００から出力される信号（ゲート信号）によりＰＷＭ制御され、出力端子１０Ｕと出力端子１０Ｖの間に交流電圧を出力する。なお、ＩＧＢＴ素子１０ａ〜１０ｄは、ＩＧＢＴと該ＩＧＢＴと逆並列に接続されたダイオードとを含む。
The grid
制御器２００は、出力端子１０Ｕと出力端子１０Ｖの間の出力電圧を、ＩＧＢＴ素子１０ａ〜１０ｄのＰＷＭ制御により平滑コンデンサ１２の端子電圧が一定になるように、交流系統２に出力する出力電力を制御する。このようにして、系統連系用電力変換器１０は、発電電力制御用電力変換器１１により出力された電力を交流系統２に出力する。
The
また、図１に示す電力変換装置１は、電圧センサ２０、電流センサ２１、電流センサ２２、電圧センサ２３及び電圧センサ２６を備える。電圧センサ２０は、交流系統２の電圧を検出する。電流センサ２１は、連系インピーダンス１３を流れる電流を検出する。電流センサ２２は、昇圧リアクトル１４を流れる電流を検出する。電圧センサ２３は、逆流防止用ダイオード１５のカソード端子と太陽電池モジュール３の陰極との間の電圧を検出する。電圧センサ２６は、平滑コンデンサ１２の端子電圧を検出する。電圧センサ２０、電流センサ２１、電流センサ２２、電圧センサ２３及び電圧センサ２６の出力は、制御器２００に入力される。制御器２００は、センサからの入力に従って、系統連系用電力変換器１０のＩＧＢＴ素子１０ａ〜１０ｄ及び発電電力制御用電力変換器１１のＩＧＢＴ素子１１ａ，１１ｂをＰＷＭ制御するための信号（ゲート信号）を算出して出力する。
The power conversion device 1 shown in FIG. 1 includes a
図２は、本実施の形態の電力変換装置における制御器の構成の一例を示す図である。図２に示す制御器２００は、振幅算出器２０１と、電流換算器２０３と、最大電力運転制御器２０４と、出力電流指令値リミッタ２０５と、電流制御器２０６と、ＰＷＭ制御器２０７と、電圧制御器２０８と、電流制御器２０９と、ＰＷＭ制御器（ＰＷＭ）２１０とを備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a controller in the power conversion device according to the present embodiment. The
まず、系統連系用電力変換器１０の制御動作について説明する。電圧センサ２６は、平滑コンデンサ１２の端子電圧を検出し、検出された直流電圧は制御器２００に入力される。制御器２００は、予め設定して記憶した直流電圧指令値と電圧センサ２６が検出した直流電圧との偏差を算出して、電圧制御器２０８に出力する。電圧制御器２０８は、該偏差から平滑コンデンサ１２の端子電圧（直流電圧）が直流電圧指令値に追従するように交流電流指令値Ｉａｃ＊を算出する。
First, the control operation of the grid
一方で、電流センサ２１は、連系インピーダンス１３を流れる電流（系統電流）を検出し、検出された系統電流は制御器２００に入力される。制御器２００は、交流電流指令値Ｉａｃ＊と電流センサ２１が検出した系統電流との偏差を算出して、電流制御器２０９に出力する。電流制御器２０９は、該偏差から交流電流指令値Ｉａｃ＊と電流センサ２１が検出した系統電流が一致するように交流電圧指令値Ｖｉｎｖを算出してＰＷＭ制御器２１０に出力する。
On the other hand, the
ＰＷＭ制御器２１０は、電流制御器２０９の出力Ｖｉｎｖと三角波キャリアとの大小比較を行うことでＩＧＢＴ素子１０ａ〜１０ｄのゲート信号を算出し、系統連系用電力変換器１０に出力する。なお、出力Ｖｉｎｖと三角波キャリアとの大小比較を行うことで信号を生成する方法は慣用技術であるため説明を省略する。
The
次に、発電制御用電力変換器１１の制御動作について説明する。発電制御用電力変換器１１の制御動作では、最大電力運転制御器２０４の出力が太陽電池モジュール３の出力電流指令値であり、交流系統２の電圧振幅に応じて該出力電流指令値のリミッタ上限値を変化させる。
Next, the control operation of the
最大電力運転制御器２０４は、太陽電池モジュール３の出力電力が最大になるように最大電力を探索し太陽電池モジュール３の出力電流指令値Ｉｄｃ＊を変化させつつ出力する。出力電流指令値リミッタ２０５は、出力電流指令値Ｉｄｃ＊Ｎを出力する。
The maximum
一般に、太陽電池モジュールから出力される電力は、所定の電圧において極大値を示す。そのため、従来の太陽電池モジュールにおいては、太陽電池モジュールの端子電圧を変化させることにより最大電力運転の電圧を探索する方法が用いられていた。太陽電池モジュールの端子電圧を変化させる方法としては、発電電力制御用電力変換器１１の入力端子１１Ｘと入力端子１１Ｙの間の電圧を変化させる方法、または、太陽電池モジュールの出力電流制御をマイナーループとして持つ太陽電池モジュール端子電圧制御の電圧指令値を変化させる方法が挙げられる。本実施の形態においては、太陽電池モジュール３の端子電圧を変化させる方法として、太陽電池モジュール３の出力電力を可及的速やかに変化させることを目的とし、太陽電池モジュール３の電流指令値変化によって最大電力運転を探索する方法を採用する。
Generally, the electric power output from the solar cell module has a maximum value at a predetermined voltage. Therefore, in the conventional solar cell module, a method of searching for the voltage for maximum power operation by changing the terminal voltage of the solar cell module has been used. As a method of changing the terminal voltage of the solar cell module, a method of changing the voltage between the
図３は、太陽電池モジュール３の出力電流（太陽電池電流）と、出力電圧（太陽電池電圧）及び出力電力（太陽電池電力）の関係の一例を示す図である。図３において、横軸は出力電流（太陽電池電流）であり、縦軸は出力電圧（太陽電池電圧）または出力電力（太陽電池電力）である。実線は出力電流（太陽電池電流）に対する出力電力（太陽電池電力）の値を示し、点線は出力電流（太陽電池電流）に対する出力電力（太陽電池電圧）の値を示す。図３に示すように、出力電力（太陽電池電力）は所定の出力電流（太陽電池電流）において極大値を示すので、電流指令値を変化させることで最大電力運転の探索が可能である。本実施の形態においては、最大電力運転制御器２０４は、電流センサ２２の出力値（太陽電池電流）及び電圧センサ２３の出力値（太陽電池電圧）を用いて最大電力運転を行う。最大電力運転制御器２０４は、電流センサ２２の出力値と電圧センサ２３の出力値とを入力とし、太陽電池モジュール３の出力電圧が最大となる出力電流指令値Ｉｄｃ＊を算出し、出力電流指令値リミッタ２０５に出力する。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between the output current (solar cell current) of the
図４は、最大電力運転制御器２０４が行う出力電流指令値Ｉｄｃ＊を算出する手順の一例を示すフローチャートである。まず、処理を開始し、太陽電池モジュール３の太陽電池電流と太陽電池電圧から現時点の発電電力Ｐｎｏｗを算出する（Ｓ１）。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a procedure for calculating the output current command value Idc * performed by the maximum
次に、算出した現時点の発電電力Ｐｎｏｗと、前回算出した発電電力Ｐｏｌｄとを比較する（Ｓ２）。Ｓ２の判定の後、続けて、現在の太陽電池電流値Ｉｄｃ＿ｎｏｗと、前回の太陽電池電流値Ｉｄｃ＿ｏｌｄと、を比較する（Ｓ３，Ｓ４）。 Next, the calculated generated power Pnow at the present time is compared with the previously calculated generated power Pold (S2). After the determination in S2, the current solar cell current value Idc_now is compared with the previous solar cell current value Idc_old (S3, S4).
Ｓ２，Ｓ３の判定の結果、ＰｏｌｄよりＰｎｏｗが大きく、且つＩｄｃ＿ｏｌｄよりＩｄｃ＿ｎｏｗが大きい場合（Ｐｏｌｄ＜Ｐｎｏｗ且つＩｄｃ＿ｏｌｄ＜Ｉｄｃ＿ｎｏｗであり、Ｓ２及びＳ３の双方でＹｅｓに分岐する場合）には、前回の出力電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｏｌｄに対して所定の値ΔＩを加えてＩｄｃ＊とし（Ｓ５）、Ｓ８に移行する。 If Pnow is greater than Pold and Idc_now is greater than Idc_old as a result of the determination in S2 and S3 (Pold <Pnow and Idc_old <Idc_now, and branching to Yes in both S2 and S3), the previous output A predetermined value ΔI is added to the current command value Idc * _old to obtain Idc * (S5), and the process proceeds to S8.
Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の判定の結果、ＰｏｌｄよりＰｎｏｗが大きく、且つＩｄｃ＿ｎｏｗがＩｄｃ＿ｏｌｄ以下である場合（Ｐｏｌｄ＜Ｐｎｏｗ且つＩｄｃ＿ｏｌｄ≧Ｉｄｃ＿ｎｏｗであり、Ｓ２でＹｅｓに分岐し、Ｓ３でＮｏに分岐する場合）またはＰｎｏｗがＰｏｌｄ以下であり、且つＩｄｃ＿ｏｌｄよりＩｄｃ＿ｎｏｗが大きい場合（Ｐｏｌｄ≧Ｐｎｏｗ且つＩｄｃ＿ｏｌｄ＜Ｉｄｃ＿ｎｏｗであり、Ｓ２でＮｏに分岐し、Ｓ４でＹｅｓに分岐する場合）には、前回の出力電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｏｌｄに対して所定の値ΔＩを減じてＩｄｃ＊とし（Ｓ６）、Ｓ８に移行する。 As a result of the determination of S2, S3 and S4, when Pnow is greater than Pold and Idc_now is equal to or less than Idc_old (Pold <Pnow and Idc_old ≧ Idc_now, branching to Yes in S2, branching to No in S3) Or, when Pnow is equal to or less than Pold and Idc_now is larger than Idc_old (Pold ≧ Pnow and Idc_old <Idc_now, branching to No in S2, branching to Yes in S4), the previous output current command value A predetermined value ΔI is subtracted from Idc * _old to obtain Idc * (S6), and the process proceeds to S8.
Ｓ２，Ｓ４の判定の結果、ＰｎｏｗがＰｏｌｄ以下であり、且つＩｄｃ＿ｎｏｗがＩｄｃ＿ｏｌｄ以下である場合（Ｐｏｌｄ≧Ｐｎｏｗ且つＩｄｃ＿ｏｌｄ≧Ｉｄｃ＿ｎｏｗであり、Ｓ２及びＳ４の双方でＮｏに分岐する場合）には、出力電流指令値Ｉｄｃ＊が出力電流指令上限値Ｉｌｉｍｉｔ（後述）より大きいか否かを判定する（Ｓ７）。Ｓ７の判定の結果、出力電流指令値Ｉｄｃ＊が出力電流指令上限値Ｉｌｉｍｉｔより大きい場合（Ｓ７でＹｅｓに分岐する場合）には、出力電流指令値Ｉｄｃ＊の変更を行わず、Ｓ８に移行する。Ｓ７の判定の結果、出力電流指令値Ｉｄｃ＊が出力電流指令上限値Ｉｌｉｍｉｔ以下である場合（Ｓ７でＮｏに分岐する場合）には、Ｓ５に移行し、前回の出力電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｏｌｄに対して所定の値ΔＩを加えて（Ｓ５）Ｉｄｃ＊とし、Ｓ８に移行する。 As a result of the determination in S2 and S4, if Pnow is equal to or less than Pold and Idc_now is equal to or less than Idc_old (if Pold ≧ Pnow and Idc_old ≧ Idc_now and branch to No in both S2 and S4), output It is determined whether or not current command value Idc * is larger than output current command upper limit value Ilimit (described later) (S7). If the result of determination in S7 is that the output current command value Idc * is greater than the output current command upper limit value Ilimit (when branching to Yes in S7), the output current command value Idc * is not changed and the routine proceeds to S8. . As a result of the determination in S7, when the output current command value Idc * is equal to or less than the output current command upper limit value Ilimit (when branching to No in S7), the process proceeds to S5, and the previous output current command value Idc * _old is set. On the other hand, a predetermined value ΔI is added (S5) to Idc * , and the process proceeds to S8.
その後、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７のいずれかを経た出力電流指令値Ｉｄｃ＊を出力電流指令値リミッタ２０５に出力し（Ｓ８）、前回算出した発電電力Ｐｏｌｄと前回の出力電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｏｌｄを更新する（Ｓ９）。そして、所定時間経過するまで待機（Ｓ１０）した後に、Ｓ１に移行する。 Thereafter, the output current command value Idc * that has passed through any of S5, S6, and S7 is output to the output current command value limiter 205 (S8), and the previously calculated generated power Pold and the previous output current command value Idc * _old are updated. (S9). Then, after waiting for a predetermined time (S10), the process proceeds to S1.
そして、図４にて説明したように算出された出力電流指令値Ｉｄｃ＊Ｎと太陽電池モジュール３の出力電流である電流センサ２２の出力との偏差が電流制御器２０６に入力される。電流制御器２０６は、出力電流指令値Ｉｄｃ＊Ｎに太陽電池モジュール３の出力電流が追従するように、電圧指令値Ｖｃｎｖを算出してＰＷＭ制御器２０７に出力する。
Then, the deviation between the output current command value Idc * N calculated as described with reference to FIG. 4 and the output of the
ＰＷＭ制御器２０７は、電流制御器２０６が出力する電圧指令値Ｖｃｎｖと三角波キャリアとの大小比較を行うことでＩＧＢＴ素子１１ａ，１１ｂのゲート信号を算出し、発電電力制御用電力変換器１１に出力する。なお、出力Ｖｉｎｖと三角波キャリアとの大小比較を行うことで信号を生成する方法は慣用技術であるため説明を省略する。
The
以上説明したように、太陽電池モジュール３の出力電流指令値を変更することで最大電力運転が可能となる。
As described above, the maximum power operation can be performed by changing the output current command value of the
次に、交流系統２の電圧振幅に応じて太陽電池モジュール３の出力電流指令上限値Ｉｌｉｍｉｔを振幅算出器２０１及び電流換算器２０３が変化させる制御方法について説明する。これは、交流系統２の電圧振幅が低下すると系統連系用電力変換器１０から交流系統２に出力可能な電力が低下し、太陽電池モジュール３からの電力が交流系統２に出力可能な電力を上回り、平滑コンデンサ１２が過電圧（過充電）になることを回避するために行う。
Next, a control method in which the
まず、電圧センサ２０により検出された交流系統２の電圧が振幅算出器２０１に出力される。振幅算出器２０１は交流系統２の電圧振幅を算出して電流換算器２０３に出力する。ここで、電圧振幅は実効値演算によって算出してもよいし、１／４サイクル遅れの値を用いた自乗和平方根によって算出してもよいし、基本波に対するフーリエ正弦係数とフーリエ余弦係数の自乗和平方根などによって算出してもよい。
First, the voltage of the
図５は、交流系統の電圧振幅値に対する太陽電池モジュールの出力電流指令上限値Ｉｌｉｍｉｔを示す図である。電流換算器２０３は、図５に基づいて、太陽電池モジュール３の出力電流指令上限値Ｉｌｉｍｉｔを算出し、出力電流指令値リミッタ２０５に出力する。ここで、本実施の形態の系統連系用電力変換器１０は交流系統２の電圧振幅が０．９ｐｕの場合でも電力変換装置１の定格出力電力を出力できるものとしたが、交流系統２の電圧振幅が１．０ｐｕ以上でなければ系統連系用電力変換器１０が電力変換装置１の定格出力電力を出力できないものとしてもよい（図６）。
FIG. 5 is a diagram showing the output current command upper limit value Ilimit of the solar cell module with respect to the voltage amplitude value of the AC system. Based on FIG. 5, the
出力電流指令値リミッタ２０５は、最大電力運転制御器２０４の出力値Ｉｄｃ＊の下限を０とし、上限を電流換算器２０３の出力値として制限し、この出力値を新たな太陽電池モジュール３の出力電流指令値として設定する。
The output current
このように、接続する交流系統２の電圧振幅に応じて太陽電池モジュール３の出力電流上限値を制限すると、交流系統２の電圧振幅が低下したときに、速やかに太陽電池モジュール３の発電電力を制限することができる。そのため、平滑コンデンサ１２の電圧の上昇を回避することができ、系統連系用電力変換器１０及び発電電力制御用電力変換器１１の電圧利用率を下げることなく、交流系統２の電圧振幅が低下した場合の電力変換装置１の運転継続性を向上することができる。
As described above, when the output current upper limit value of the
しかしながら、接続する交流系統２の電圧振幅に応じて太陽電池モジュール３の出力電流上限値を設定すると、最大電力運転制御器２０４では、図３に示す太陽電池モジュールの特性の最大電力点（極大点）から出力電流が少ない方に動作点が移動するため、最大電力運転制御器２０４は、最大点（極大点）を追従することができなくなる。
However, when the output current upper limit value of the
従来は、ＰｎｏｗがＰｏｌｄ以下であり、且つＩｄｃ＿ｎｏｗがＩｄｃ＿ｏｌｄ以下である場合には、最大点（極大点）に対する出力電流が小さいため、Ｉｄｃ＊にΔＩを加算していた。このようにすると、交流系統２の電圧振幅が低下したときにはＩｄｃ＊が最大点（極大点）とは異なる値となってしまっていた。そのため、交流系統２の電圧振幅が正常値に復旧すると、出力電流指令値リミッタ２０５による制限が解除され、最大点（極大点）とは異なる値となったＩｄｃ＊を新たな太陽電池モジュール３の出力電流指令値としていたので、交流系統２の電圧が低下する前に比べて出力が低下してしまうという問題があった。
Conventionally, when Pnow is equal to or less than Pold and Idc_now is equal to or less than Idc_old, ΔI is added to Idc * because the output current with respect to the maximum point (maximum point) is small. In this way, when the voltage amplitude of the
このように、交流系統２の電圧が低下して従来の制御方法によって出力が制限されると、交流系統２が復旧しても元の電力には戻らず、最大電力運転制御器２０４は、動作を安定させるために応答を遅くしているため、出力電力が最大となるまでに時間を要していた。
As described above, when the voltage of the
また、系統電圧低下が発生したときに分散電源システムが脱落すると、電源喪失によりさらに系統電圧の低下が進み、大規模な停電が発生する恐れを回避するため、系統の電圧低下が発生して復旧したときには、復旧から０．１秒以内に系統電圧低下前の発電電力の８０％以上の発電電力に戻すことが求められており、従来の制御では、このような短時間にて十分な発電電力まで復旧させることが困難であった。 In addition, if the distributed power supply system drops when a system voltage drop occurs, the system voltage drop occurs and is restored to avoid the possibility of a large-scale power outage due to a further drop in the system voltage due to power loss. Therefore, it is required to return the generated power to 80% or more of the generated power before the system voltage drop within 0.1 second from the restoration. In the conventional control, sufficient generated power can be obtained in such a short time. It was difficult to recover until.
本実施の形態では、図４のＳ７において出力電流指令値Ｉｄｃ＊が出力電流指令上限値Ｉｌｉｍｉｔより大きい場合には、出力電流指令値Ｉｄｃ＊を変更せず、出力電流指令値Ｉｄｃ＊が太陽電池モジュールの最大電力点に維持されるため、交流系統２の電圧振幅が正常値に復旧したときに短時間で系統電圧低下前の発電電力に戻すことが可能となる。
In this embodiment, when the output current command value Idc * is greater than the output current command upper limit value Ilimit in S7 in FIG. 4, without changing the output current command value Idc *, the output current command value Idc * solar cell Since the maximum power point of the module is maintained, when the voltage amplitude of the
本実施の形態によれば、平滑コンデンサの過電圧を防止することができるとともに、系統電圧が復旧し、直流電源（太陽電池モジュール）からの発電電力の制限を解除した場合に、制限前の出力に速やかに復帰させることができる。 According to the present embodiment, overvoltage of the smoothing capacitor can be prevented, and when the system voltage is restored and the restriction on the generated power from the DC power supply (solar cell module) is released, the output before the restriction is obtained. It can be returned quickly.
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、交流系統と太陽電池モジュールの間に配される電力変換装置に適している。 As described above, the power conversion device according to the present invention is suitable for a power conversion device arranged between an AC system and a solar cell module.
１ 電力変換装置、２ 交流系統、３ 太陽電池モジュール、１０ 系統連系用電力変換器、１０Ｐ，１０Ｎ，１１Ｘ，１１Ｙ 入力端子、１０Ｕ，１０Ｖ，１１Ｐ，１１Ｎ 出力端子、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ ＩＧＢＴ素子、１１ 発電電力制御用電力変換器、１１ａ，１１ｂ ＩＧＢＴ素子、１２ 平滑コンデンサ、１３ 連系インピーダンス、１４ 昇圧リアクトル、１５ 逆流防止用ダイオード、２０，２３，２６ 電圧センサ、２１，２２ 電流センサ、２００ 制御器、２０１ 振幅算出器、２０３ 電流換算器、２０４ 最大電力運転制御器、２０５ 出力電流指令値リミッタ、２０６，２０９ 電流制御器、２０７，２１０ ＰＷＭ制御器、２０８ 電圧制御器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter device, 2 AC system, 3 Solar cell module, 10 System connection power converter, 10P, 10N, 11X, 11Y Input terminal, 10U, 10V, 11P, 11N Output terminal, 10a, 10b, 10c, 10d IGBT element, 11 Power converter for control of generated power, 11a, 11b IGBT element, 12 smoothing capacitor, 13 interconnection impedance, 14 boosting reactor, 15 backflow prevention diode, 20, 23, 26 voltage sensor, 21, 22 current sensor , 200 controller, 201 amplitude calculator, 203 current converter, 204 maximum power operation controller, 205 output current command value limiter, 206, 209 current controller, 207, 210 PWM controller, 208 voltage controller.
Claims (1)
前記太陽電池モジュールの発電電力を直流電力に変換する発電電力制御用電力変換器と、
前記発電電力制御用電力変換器の出力端に接続された平滑コンデンサと、
前記発電電力制御用電力変換器と前記平滑コンデンサに接続され、前記直流電力を変換して前記交流系統に出力する系統連系電力変換器と、
前記太陽電池モジュールから前記発電電力制御用電力変換器への前記発電電力を制御しつつ出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記交流系統の電圧振幅を算出する振幅算出器と、
前記電圧振幅に応じて前記発電電力制御用電力変換器の出力電流上限値を変化させることで発電電力上限値を変化させる発電電力制限手段と、
前記太陽電池モジュールの最大電力を探索して前記太陽電池モジュールの出力電流指令値を出力する最大電力運転制御器を備え、
前記電圧振幅が設定値より小さい場合には、前記発電電力制御用電力変換器の出力電流上限値を小さくして前記平滑コンデンサの過充電を抑制しつつ、前記出力電流指令値を小さくし、
前記平滑コンデンサの過充電を抑制しているときには前記出力電流指令値を更新することなく維持することを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device that outputs the generated power of the solar cell module to the AC system,
A power converter for controlling generated power for converting the generated power of the solar cell module into DC power;
A smoothing capacitor connected to the output terminal of the power converter for controlling the generated power;
A grid-connected power converter that is connected to the power converter for controlling generated power and the smoothing capacitor, converts the DC power and outputs it to the AC grid,
A control unit that outputs the generated power while controlling the generated power from the solar cell module to the power converter for generated power control, and
The controller is
An amplitude calculator for calculating the voltage amplitude of the AC system;
Generated power limiting means for changing the generated power upper limit value by changing the output current upper limit value of the power converter for generated power control according to the voltage amplitude,
A maximum power operation controller that searches for the maximum power of the solar cell module and outputs an output current command value of the solar cell module,
When the voltage amplitude is smaller than a set value, the output current command value is reduced while suppressing the overcharge of the smoothing capacitor by reducing the output current upper limit value of the power converter for power generation control.
The power conversion device is characterized in that the output current command value is maintained without being updated when over-charging of the smoothing capacitor is suppressed.
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