JP2016025804A - Booster connection device for photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の太陽光発電部の発電出力を集電するための太陽光発電システム用昇圧接続装置に関する。 The present invention relates to a step-up connection device for a photovoltaic power generation system for collecting power generation outputs of a plurality of photovoltaic power generation units.
近年、太陽光発電システムにおいて、複数の太陽電池ストリング(発電部)を建物の屋根に設置することにより、大きな総発電出力を得ることが要望されている。この場合、屋根の構造や面積の制限によってすべての太陽電池ストリングを同じ最大出力動作電圧のものとすることができない場合がある。したがって、例えば下記の特許文献1に開示されているように、最大出力動作電圧の異なる複数の太陽電池ストリングを屋根に設置して、最大出力動作電圧の最も高い太陽電池ストリングの出力電圧に合わせて他の太陽電池ストリングの出力電圧を昇圧回路により昇圧させ、これら複数の太陽電池ストリングの出力を並列接続してパワーコンディショナのコンバータに出力している。コンバータは、太陽電池の最大出力が得られるように、MPPT制御によって入力電力が最大となるように入力電流及び入力電圧を制御している。 In recent years, in a solar power generation system, it is desired to obtain a large total power output by installing a plurality of solar cell strings (power generation units) on the roof of a building. In this case, all solar cell strings may not have the same maximum output operating voltage due to roof structure and area limitations. Therefore, for example, as disclosed in Patent Document 1 below, a plurality of solar cell strings having different maximum output operating voltages are installed on the roof so as to match the output voltage of the solar cell string having the highest maximum output operating voltage. The output voltage of the other solar cell strings is boosted by a booster circuit, and the outputs of the plurality of solar cell strings are connected in parallel and output to the converter of the power conditioner. The converter controls the input current and the input voltage so as to maximize the input power by MPPT control so that the maximum output of the solar cell can be obtained.
また、このパワーコンディショナのハードウェア構成上、許容最大入力電流に制限があるため、コンバータの昇圧制御において入力電流が所定の上限閾値を超えないようにリミッタによる入力電流制限機能を設け、入力電流が上限閾値になるとパワーコンディショナの出力電力を増加させないように制限している。かかるコンバータの昇圧制御は、例えば、下記の特許文献2に開示されている。 In addition, since the maximum allowable input current is limited due to the hardware configuration of this inverter, an input current limiting function using a limiter is provided so that the input current does not exceed a predetermined upper threshold in the boost control of the converter. Is limited so as not to increase the output power of the inverter. The boost control of such a converter is disclosed in, for example, Patent Document 2 below.
図3は、最大出力205W(最大出力動作電圧24.8V、最大出力動作電流8.26A)の太陽電池パネルを6枚直列に接続した第1の太陽電池ストリング(最大出力1230W)と、同じ太陽電池パネルを4枚直列に接続した第2・第3の太陽電池ストリング(最大出力各820W)とを、昇圧接続箱を介してパワーコンディショナに接続して、第2・第3の太陽電池ストリングの出力を第1の太陽電池ストリングの出力電圧に合わせて昇圧回路により昇圧させた場合のパワーコンディショナの入力のI−V特性の変化と、パワーコンディショナの入力の電流制限ライン、電力制限ライン及び電圧制限ラインとの一例を示しており、パワーコンディショナの許容入力電流は18Aとされている。
FIG. 3 shows the same solar power as the first solar cell string (
平均的な日照量の時は、最大電力点でのパワーコンディショナの入力電流は許容入力電流未満であるが、5〜6月頃の日照量が年間で最も多くかつ気温が比較的低い日の日中に太陽電池の出力が年間を通じて最大となる。この最大出力時には、第1の太陽電池ストリングの出力電圧は24.8V×6=148.8V、出力電流は8.26Aとなり、第2・第3の太陽電池ストリングの出力を昇圧する昇圧回路の出力電流は、(205W×4/148.8V)×98%(昇圧効率)=5.39Aとなる。従って、昇圧接続箱全体としての出力電流は8.26A+5.39A×2=19Aとなるが、当該電流値はパワーコンディショナの許容入力電流である18Aを超えているため、実際には許容入力電流である18Aとなる点Aでリミッターがかかってしまう。このとき、第1〜第3の太陽電池ストリング全体では、最大で148.8V×19A=2872Wの電力を発電可能であるにもかかわらず、152V×18=2736Wしか発電できないこととなってしまい、発電効率の悪い状態となってしまう場合があった。 At the average amount of sunshine, the input current of the inverter at the maximum power point is less than the allowable input current, but the day of the day when the amount of sunshine is the highest in the year and the temperature is relatively low from May to June. During this year, the output of the solar cell is maximized throughout the year. At this maximum output, the output voltage of the first solar cell string is 24.8V × 6 = 148.8V, the output current is 8.26A, and the booster circuit that boosts the output of the second and third solar cell strings The output current is (205 W × 4 / 148.8 V) × 98% (step-up efficiency) = 5.39 A. Therefore, the output current of the entire booster junction box is 8.26A + 5.39A × 2 = 19A, but the current value exceeds 18A which is the allowable input current of the power conditioner. The limiter is applied at point A, which is 18A. At this time, the first to third solar cell strings as a whole can only generate power of 1528.8V × 19A = 2872W, but can generate only 152V × 18 = 2737W, In some cases, power generation efficiency was poor.
一方、出力が最大規模となる限られた期間のために大容量のパワーコンディショナを設置することはコストパフォーマンスが悪くなるという問題がある。 On the other hand, installing a large-capacity power conditioner for a limited period in which the output becomes the maximum scale has a problem that the cost performance deteriorates.
そこで、本発明は、複数の太陽電池ストリングの発電電力を集電してパワーコンディショナに出力する太陽光発電システム用昇圧接続装置において、パワーコンディショナの入力電流制限が生じる状況でも可能な限り大きな発電電力を得ることができるようにすることを目的とする。 Therefore, the present invention is as large as possible even in a situation where the input current limitation of the power conditioner occurs in the step-up connection device for a photovoltaic power generation system that collects the power generated by a plurality of solar cell strings and outputs the collected power to the power conditioner. It aims at making it possible to obtain generated 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、複数の太陽光発電部(例えば太陽電池ストリング)から入力する発電電力を集電して、入力電流が所定の上限閾値を超えないように入力電流制限を行う所定の電力変換部(例えば、直流の発電電力を交流の系統電力に連系する交流電力に変換するパワーコンディショナ)に出力する太陽光発電システム用昇圧接続装置であって、各発電部毎に対応して設けられた複数の昇圧回路と、該昇圧回路の昇圧動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記複数の昇圧回路のうち最も入力電圧の高い一の昇圧回路の昇圧動作を停止させ且つその他の昇圧回路を昇圧動作させているときに前記電力変換部が入力電流制限を行っているか否かを判定する判定手段を備えるとともに、該判定手段の判定結果に基づいて前記一の昇圧回路の昇圧動作を開始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, the present invention collects generated power input from a plurality of photovoltaic power generation units (for example, solar cell strings) and performs predetermined power conversion for limiting input current so that the input current does not exceed a predetermined upper limit threshold. Step-up connection device for a photovoltaic power generation system that outputs to a power supply unit (for example, a power conditioner that converts DC generated power into AC power linked to AC system power). And a control unit that controls the boosting operation of the boosting circuit, and the control unit stops the boosting operation of one boosting circuit having the highest input voltage among the plurality of boosting circuits. And determining means for determining whether or not the power converter is performing input current limitation when the other booster circuit is being boosted, and based on the determination result of the determining means, And it is characterized in that it is configured to step-up operation to initiate (claim 1).
なお、前記他の昇圧回路は、対応する発電部からの入力電力(発電電力)が最大となるようMPPT制御するものとするのが好ましく、さらに、前記電力変換部は、本発明の昇圧接続装置からの入力電力が最大となるようMPPT制御するものとするのが好ましく、この場合、昇圧接続装置の出力電圧は、前記電力変換部の入力電力のMPPT制御によって定まる電圧となる。また、前記複数の昇圧回路の出力側は共通のキャパシタを有する出力部に接続し、集電した電力を該出力部から前記電力変換部に出力することができる。また、前記一の昇圧回路は、スイッチング素子のオンデューティ比を増減させることにより昇圧率を制御可能な昇圧チョッパ回路などによって構成でき、前記スイッチング素子のオン時間が0のとき昇圧動作が停止されて一の昇圧回路の入力電力を昇圧せずに電力変換部に出力し、前記スイッチング素子のオン時間を増加させていくにしたがって電力変換部の入力電力のI−V特性曲線を変化させて電力変換部のMPPT制御により昇圧接続装置の出力電圧(電力変換部の入力電圧)が上昇するように構成できる。また、最も入力電圧の高い一の昇圧回路は、予め固定的に設定されていてもよく、また、各発電部の発電状況に応じて最も出力電圧が高くなっている発電部に対応する一の昇圧回路を選択設定するものであってもよい。 The other booster circuit preferably performs MPPT control so that the input power (generated power) from the corresponding power generation unit is maximized, and the power conversion unit further includes the boost connection device of the present invention. In this case, the output voltage of the boosting connection device is a voltage determined by the MPPT control of the input power of the power converter. The output sides of the plurality of booster circuits can be connected to an output unit having a common capacitor, and the collected power can be output from the output unit to the power conversion unit. The one booster circuit can be constituted by a boost chopper circuit that can control the boosting rate by increasing / decreasing the on-duty ratio of the switching element, and the boosting operation is stopped when the on-time of the switching element is zero. The input power of one booster circuit is output to the power conversion unit without being boosted, and the IV characteristic curve of the input power of the power conversion unit is changed as the ON time of the switching element is increased, thereby converting the power The output voltage of the step-up connection device (input voltage of the power conversion unit) can be increased by MPPT control of the unit. In addition, the one booster circuit having the highest input voltage may be fixedly set in advance, and the one corresponding to the power generation unit having the highest output voltage according to the power generation status of each power generation unit. A booster circuit may be selectively set.
かかる本発明の太陽光発電システム用昇圧接続装置によれば、前記一の昇圧回路は、通常動作時には昇圧動作停止して、対応する発電部からの入力電力を昇圧させずに電力変換部に出力するので、出力電圧の高い発電部の発電電力を昇圧させることによる損失がなく、電力効率を可及的に高く維持することができる。一方、制御部の判定手段が、電力変換部において入力電流制限が行われていると判定したときは、前記一の昇圧回路の昇圧動作を開始させる。一の昇圧回路が昇圧動作されると、昇圧接続装置の出力電力のI−V特性が変化して最大電力点の電圧が上昇するとともに最大電力点の電流が減少し、電力変換部の許容入力電流においても昇圧動作前よりも大きな発電電力を得ることができる。 According to the step-up connection device for a photovoltaic power generation system of the present invention, the one step-up circuit stops the step-up operation during normal operation and outputs the input power from the corresponding power generation unit to the power conversion unit without stepping up. Therefore, there is no loss due to boosting the generated power of the power generation unit having a high output voltage, and the power efficiency can be maintained as high as possible. On the other hand, when the determination unit of the control unit determines that the input current limitation is performed in the power conversion unit, the boosting operation of the one booster circuit is started. When one booster circuit is boosted, the IV characteristic of the output power of the boosting connection device changes, the voltage at the maximum power point increases and the current at the maximum power point decreases, and the allowable input of the power conversion unit Also in the current, it is possible to obtain larger generated power than before the boosting operation.
好ましくは、一の昇圧回路の昇圧動作中、前記電力変換部において入力電流制限が行われていると判定手段が判定すると一の昇圧回路のスイッチング素子のオン時間若しくはオンデューティ比を所定量増加させる一方、前記電力変換部において入力電流制限が行われていないと判定手段が判定すると一の昇圧回路のスイッチング素子のオン時間若しくはオンデューティ比を所定量減少させるよう、制御部を構成することができる。判定手段による上記判定は、一の昇圧回路のスイッチング素子のオン時間若しくはオンデューティ比を増減させた後、所定時間(例えば数10ミリ秒)経過後に行うことが好ましく、これによれば、オン時間若しくはオンデューティ比の増減直後の応答遅れ等に起因する電圧及び電流の不安定な状態に基づいて判定されてしまうことを回避できる。 Preferably, during the boosting operation of the one booster circuit, when the determination unit determines that the input current limitation is performed in the power converter, the on-time or the on-duty ratio of the switching element of the one booster circuit is increased by a predetermined amount. On the other hand, when the determination means determines that the input current limitation is not performed in the power conversion unit, the control unit can be configured to decrease the on-time or on-duty ratio of the switching element of one booster circuit by a predetermined amount. . The determination by the determination unit is preferably performed after a predetermined time (for example, several tens of milliseconds) has elapsed after increasing or decreasing the ON time or ON duty ratio of the switching element of one booster circuit. Alternatively, it is possible to avoid the determination based on the unstable state of the voltage and current due to the response delay immediately after the increase / decrease of the on-duty ratio.
上記本発明の太陽光発電システム用昇圧接続装置において、該昇圧接続回路の出力電圧を検出する出力電圧センサと、前記昇圧接続回路の出力電流を検出する出力電流センサとをさらに備え、前記判定手段は、前記出力電圧センサが検出する出力電圧に変動があるが前記出力電流センサが検出する出力電流に変動がないときに前記電力変換部が入力電流制限を行っていると判定するものとすることができる(請求項2)。これによれば、昇圧接続装置単独で入力電流制限状態であるか否かを判定することができる。 The step-up connection device for a photovoltaic power generation system according to the present invention further includes an output voltage sensor that detects an output voltage of the step-up connection circuit, and an output current sensor that detects an output current of the step-up connection circuit, and the determination unit When the output voltage detected by the output voltage sensor varies, but the output current detected by the output current sensor does not vary, it is determined that the power conversion unit is limiting the input current. (Claim 2). According to this, it is possible to determine whether or not the boosting connection device alone is in the input current limiting state.
また、上記本発明の太陽光発電システム用昇圧接続装置において、前記判定手段は、前記電力変換部の動作を制御する制御部との通信によって取得した情報に基づいて前記電力変換部が入力電流制限を行っているか否かを判定するものであってもよい(請求項3)。これによれば、入力電流制限制御を行っている電力変換部の制御部からの情報に基づいて判定するので、入力電流制限状態か否かを正確に判定することができる。 Moreover, in the step-up connection device for a photovoltaic power generation system according to the present invention, the determination unit is configured such that the power conversion unit is configured to limit the input current based on information acquired through communication with a control unit that controls the operation of the power conversion unit. (Claim 3). According to this, since it determines based on the information from the control part of the power converter which is performing input current restriction control, it can be judged correctly whether it is in an input current restriction state.
なお、上記本発明の太陽光発電システム用昇圧接続装置は、上記電力変換装置に内蔵することもできる。また、本発明において、上記各昇圧回路としては、昇圧動作停止時に入力電圧をスルーして出力するもの、例えば、昇圧チョッパ回路や、一次側巻線数と二次側巻線数の等しいトランスを有する絶縁型フライバックコンバーターなどを好適に用いることができる。 Note that the step-up connection device for a photovoltaic power generation system of the present invention can be incorporated in the power conversion device. Further, in the present invention, each of the booster circuits is a circuit that outputs and outputs an input voltage when the boosting operation is stopped, such as a boost chopper circuit or a transformer having the same number of primary side windings as the number of primary side windings. An insulating flyback converter or the like can be suitably used.
本発明の請求項1に係る太陽光発電システム用昇圧接続装置によれば、前記一の昇圧回路は、通常動作時には昇圧動作停止して、対応する発電部からの入力電力を昇圧させずに電力変換部に出力するので、出力電圧の高い発電部の発電電力を昇圧させることによる損失がなく、電力効率を可及的に高く維持することができる。一方、制御部の判定手段が、電力変換部において入力電流制限が行われていると判定したときは、前記一の昇圧回路の昇圧動作を開始させる。一の昇圧回路が昇圧動作されると、昇圧接続装置の出力電力のI−V特性が変化して最大電力点の電圧が上昇するとともに最大電力点の電流が減少し、電力変換部の許容入力電流においても昇圧動作前よりも大きな発電電力を得ることができる。 According to the step-up connection device for a photovoltaic power generation system according to claim 1 of the present invention, the one step-up circuit stops the step-up operation during normal operation, and does not boost the input power from the corresponding power generation unit. Since it outputs to a conversion part, there is no loss by boosting the generated electric power of the electric power generation part with a high output voltage, and it can maintain power efficiency as high as possible. On the other hand, when the determination unit of the control unit determines that the input current limitation is performed in the power conversion unit, the boosting operation of the one booster circuit is started. When one booster circuit is boosted, the IV characteristic of the output power of the boosting connection device changes, the voltage at the maximum power point increases and the current at the maximum power point decreases, and the allowable input of the power conversion unit Also in the current, it is possible to obtain larger generated power than before the boosting operation.
本発明の請求項2に係る太陽光発電システム用昇圧接続装置によれば、昇圧接続装置単独で入力電流制限状態であるか否かを判定することができる。 According to the step-up connection device for a photovoltaic power generation system according to claim 2 of the present invention, it is possible to determine whether or not the step-up connection device alone is in the input current limiting state.
本発明の請求項3に係る太陽光発電システム用昇圧接続装置によれば、入力電流制限制御を行っている電力変換部の制御部からの情報に基づいて判定するので、入力電流制限状態か否かを正確に判定することができる。 According to the step-up connection device for a photovoltaic power generation system according to claim 3 of the present invention, since the determination is based on the information from the control unit of the power conversion unit that performs the input current limit control, whether or not the input current limit state exists Can be accurately determined.
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below 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、太陽光発電システムは、第1〜第3の3つの太陽電池ストリング1,2,3(太陽光発電部)と、該複数の太陽電池ストリング1,2,3が接続されてこれら太陽電池ストリング1,2,3の発電電力を集電して共通の出力部4から出力する昇圧接続装置5と、該昇圧接続装置5の出力部4から出力される発電電力を入力するパワーコンディショナ6(電力変換部)とから主構成されている。 FIG. 1 shows a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention. The photovoltaic power generation system includes first to third three solar cell strings 1, 2, 3 (solar power generation unit). A step-up connection device 5 connected to the plurality of solar cell strings 1, 2, 3 to collect the generated power of the solar cell strings 1, 2, 3 and output it from a common output unit 4; It is mainly composed of a power conditioner 6 (power conversion unit) that inputs the generated power output from the output unit 4 of the device 5.
パワーコンディショナ6は、昇圧接続装置5から入力した発電電力を系統電圧に対応する所定電圧に昇圧させるコンバータ7と、該コンバータ7によって昇圧された発電電力を系統電力に系統連系する交流電力に変換するインバータ8とから主構成され、該インバータ8の出力が系統に接続されている。コンバータ7は、一般的には、スイッチング素子のオンデューティ比を変化させることにより昇圧比を制御可能な昇圧チョッパ回路により構成される。インバータ8は、一般的には、フルブリッジ形の電圧形ブリッジインバータであり、4つのIGBTなどのスイッチング素子をHブリッジ形に接続するとともに各スイッチング素子に帰還ダイオードを並列接続することにより構成され、いわゆる電流モード制御(電圧形インバータの電流制御)を行うことによって出力電流が制御されて、交流電力を出力する。コンバータ7の入力側には、入力電圧を検出するための入力電圧センサ9と、入力電流を検出するための入力電流センサ10とが設けられており、これらセンサ9,10の検出信号は制御部11に入力されている。コンバータ7及びインバータ8の動作は制御部11からの制御信号によって制御され、特に本実施形態では、上記センサ9,10によって検出された入力電圧検出値及び入力電流検出値を参照しつつ、山登り法などの従来公知のMPPT制御によってコンバータ7の入力電力が最大となるように入力電圧目標値を定め、入力電圧目標値と入力電圧検出値との差分に基づいて入力電流目標値を算出し、算出された入力電流目標値となるようにコンバータ7のスイッチング素子のオンデューティ比を制御するように構成している。また、コンバータ7を構成する回路部品などのハードウェア構成上の理由により、コンバータ7の入力電流目標値には上限閾値を設けており、コンバータ7の入力電流が所定の上限閾値(例えば、18A)を超えないように入力電流制限を行うように制御構成している。
The
各太陽電池ストリング1,2,3は、複数の太陽光パネルを直列に接続してなり、本実施形態では、例えば、第1の太陽電池ストリング1の最大出力は1230W、最大出力動作電圧は148.8V、最大出力動作電流は8.26Aとされ、第2・第3の太陽電池ストリング2,3の最大出力は820W、最大出力動作電圧は99.2V、最大出力動作電流は8.26Aとされている。 Each solar cell string 1, 2, 3 is formed by connecting a plurality of solar panels in series. In this embodiment, for example, the maximum output of the first solar cell string 1 is 1230 W, and the maximum output operating voltage is 148. .8V, the maximum output operating current is 8.26A, the maximum output of the second and third solar cell strings 2, 3 is 820W, the maximum output operating voltage is 99.2V, and the maximum output operating current is 8.26A. Has been.
昇圧接続装置5は、第1の太陽電池ストリング1から入力する発電電力を昇圧する第1の昇圧回路51と、第2の太陽電池ストリング2から入力する発電電力を昇圧する第2の昇圧回路52と、第3の太陽電池ストリング3から入力する発電電力を昇圧する第3の昇圧回路53と、制御部54とから主構成されている。第1〜第3の昇圧回路51,52,53の出力側は出力部4に並列に接続されており、出力部4にはキャパシタ41(平滑コンデンサ)が設けられている。また、第2・第3の昇圧回路52,53の入力側には、第2・第3の太陽電池ストリング2,3からの入力電圧を検出するための入力電圧センサ12及び入力電流を検出するための入力電流センサ13が設けられており、出力部4には上記キャパシタ41の両端電圧(出力部4の出力電圧)を検出するための出力電圧センサ14及び出力電流センサ15が設けられている。これらセンサ12,13,14,15は上記制御部54に接続されて、それぞれの検出値が制御部54に入力されるように構成されている。制御部54は、出力部4の出力電圧センサ14及び出力電流センサ15の検出値に基づいて、出力部4からパワーコンディショナ6に出力される電力を算出するとともに、単位時間あたりの出力電圧検出値の変動量に対する出力電流検出値の変動量を監視して、出力電圧検出値に変動があるにもかかわらず出力電流検出値に所定の閾値を超える変動が無いときに、パワーコンディショナ6が入力電流制限を行っていると判定する判定回路若しくは判定プログラム(判定手段)を備えている。なお、上記判定は、その直前に取得した複数の出力電流検出値の平均値に基づいて行うことが好ましく、これにより、パワーコンディショナ6のコンバータ7のMPPT制御による電圧及び電流の揺らぎを吸収して、より的確に入力電流制限状態であるか否かを判定できる。
The booster connection device 5 includes a
第1〜第3の昇圧回路51,52,53は、それぞれ従来公知の適宜の昇圧回路構成とすることができ、具体的には制御部54から各昇圧回路51,52,53に出力される制御信号によってスイッチング素子のオンデューティ比を変化させることにより昇圧比を制御可能な従来周知の昇圧チョッパ回路によって構成できる。
Each of the first to
本実施形態では、最大出力動作電圧の最も大きい第1の太陽電池ストリング1に対応する第1の昇圧回路51(一の昇圧回路)の昇圧制御方法と、第2・第3の昇圧回路52,53(他の昇圧回路)の昇圧制御方法とが、異なるものとされている。第2・第3の昇圧回路52,53の昇圧制御方法としては、従来公知のMPPT制御が採用されており、上記センサ12,13によって検出された入力電圧検出値及び入力電流検出値を参照しつつ、山登り法などの従来公知のMPPT制御によって各昇圧回路52,53の入力電力が最大となるように入力電圧目標値を定め、入力電圧目標値と入力電圧検出値との差分に基づいて入力電流目標値を算出し、算出された入力電流目標値となるように各昇圧回路52,53のスイッチング素子のオンデューティ比を制御するように構成している。
In the present embodiment, the boost control method of the first booster circuit 51 (one booster circuit) corresponding to the first solar cell string 1 having the largest maximum output operating voltage, the second and
次に、第1の昇圧回路51の昇圧制御方法について説明すると、日照量が比較的少なく、パワーコンディショナ6の入力電力が最大電力点付近で動作しているときのパワーコンディショナ6の入力電流が上限閾値である18A未満であるときは、昇圧接続装置5の出力電圧が変動するとI−V特性曲線に沿って出力電流も変動するため、制御部54(判定手段)はパワーコンディショナ6において入力電流制限が行われているとは判定せず、第1の昇圧回路51のスイッチング素子を常時オフ(オン時間0)として、昇圧動作を停止させて、第1の太陽電池ストリング1の出力を昇圧させずに出力部4を介してパワーコンディショナ6に出力する。
Next, the boost control method of the
一方、年間を通じて太陽電池が最大の発電電力を出力するとき、図3を参照して既に説明したように、パワーコンディショナ6の入力電力のI−V特性曲線の最大電力点における電流が上限閾値である18Aを超えると、パワーコンディショナ6のコンバータ7のMPPT制御における目標入力電流値が18Aに制限されて昇圧接続装置5の出力電流も18Aで制限され、図3の点Aのポイント付近で停滞する。かかる入力電流制限状態では、コンバータ7や第2・第3の昇圧回路52,53のスイッチングタイミングや瞬間通過電力のバランス等によって昇圧接続装置5の出力電圧が増減してもその出力電流が18Aのまま変動しないことがあり、制御部54がかかる状態を検出するとパワーコンディショナ6において入力電流制限が行われていると判定して、第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間を所定の微少量増加させて昇圧動作を開始させる。すると、図3の点A−点B間を拡大して示す図2に示すように、コンバータ7の入力電力のI−V特性曲線が僅かに変化し、昇圧動作開始前の点Aと同電力の点C1の電圧は点Aの電圧よりΔVだけ上昇するとともに点C1の電流は点Aの電流よりΔAだけ減少する。一方、コンバータ7のMPPT制御では、変化後のI−V特性曲線に沿って電力が最大となるように入力電流及び入力電圧を制御するため、数ミリ秒〜数十ミリ秒後に、コンバータ7のMPPT制御により変化後のI−V特性曲線と入力電流上限閾値ラインとが交差する点B1に電流及び電圧が収束して、再度入力電流制限状態となる。再度入力電流制限状態となったと制御部54が判定すると、同様に第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間を所定の微少量増加させていくことで、点C2−点B2−点C3・・・・・と徐々にコンバータ7の入力電圧(昇圧接続装置5の出力電圧)が昇圧されていき、最大電力点の電流が18A(上限閾値)となるI−V特性曲線と上限閾値ラインとが交差する点B(点Bは最大電力点)の近傍まで昇圧される。
On the other hand, when the solar cell outputs the maximum generated power throughout the year, the current at the maximum power point of the IV characteristic curve of the input power of the
点Bの近傍で入力電流制限状態となってさらに第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間を所定の微少量増加させると、その変化後のI−V特性曲線と上限閾値ラインとの交差点の電圧が、変化前のI−V特性曲線と上限閾値ラインとの交差点Bの電圧よりも低くなり、このときの最大電力点の電流は上限閾値である18Aよりも小さくなるため、かかる状態ではコンバータ7は入力電流制限を行わず、したがって昇圧接続回路5の制御部54は入力電流制限状態では無いと判定する。また、日照量が減少してそのときのI−V特性曲線における最大電力点の電流が上限閾値である18Aよりも小さくなったときも、制御部54は入力電流制限状態では無いと判定する。入力電流制限状態ではないと判定したとき、制御部54は、第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間を所定の微少量減少させていくことにより、その昇圧量を徐々に小さくしていくように制御構成されている。なお、第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間が0まで減少されると自然に昇圧動作が停止されることとなる。
When the on-time of the switching element of the
なお、上記した第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間を増減させる制御速度は、コンバータ7のMPPT制御における制御速度よりも十分遅くし、第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間を増減させた直後にコンバータ7の入力電圧及び入力電流がコンバータ7のMPPT制御により安定するまで第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間の増減を行わないようにすることが好ましい。
The control speed for increasing / decreasing the ON time of the switching element of the
本実施形態の作用について以下説明する。上述したように第1の昇圧回路51を昇圧させない場合には点Aにおいて2736Wの発電出力となるが、本実施形態によれば、仮に点Bの電圧をxV、昇圧効率98%であるとすると、第1〜第3の昇圧回路51の総出力電流は(1230W/x)×98%+(820W/x)×98%=18A、したがってx=156.3Vとなり、156.3V×18A=2813Wの総発電出力が得られ、約77Wの出力向上が達成できる。
The operation of this embodiment will be described below. As described above, when the
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態では昇圧接続装置5の制御部54における入力電流制限状態の判定を昇圧接続装置5の出力電流及び出力電圧の変動状態に基づいて行ったが、パワーコンディショナ6の制御部11と昇圧接続装置5の制御部54とを通信接続して、パワーコンディショナ6の制御部11が入力電流制限を行っているか否かを示す判定信号を昇圧接続装置5の制御部54に出力するように構成し、昇圧接続装置5の制御部54が上記判定信号(通信によって取得した情報)に基づいてパワーコンディショナ6が入力電流制限を行っているか否かを判定するように構成することもできる。また、接続されるパワーコンディショナ6の許容入力電流が判明している場合には、昇圧接続装置5の出力電流がパワーコンディショナ6の許容入力電流に達しているか否かに基づいて、パワーコンディショナ6が入力電流制限を行っているか否かを判定することもできる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the design can be changed as appropriate. For example, in the above embodiment, the determination of the input current limit state in the
また、上記実施形態では、昇圧接続装置5の第1の昇圧回路51の昇圧動作の開始後、徐々に昇圧量を増減させるように昇圧制御したが、第1の昇圧回路51のスイッチング素子のオン時間を比較的大きく増減させてもよい。また、当該オン時間の増減制御を、パワーコンディショナ6が入力電流制限状態であるか否かのみに基づいて行ったが、オン時間を増減させることによって昇圧接続装置5の出力電力が増減したか否かにも基づいて行うこともできる。すなわち、オン時間を増加させた前後で出力電力が増加していない若しくは減少した場合には、入力電流制限状態であると判定している場合でもオン時間を減少させてもよい。
In the above embodiment, the boost control is performed so as to gradually increase or decrease the boost amount after the start of the boost operation of the
1 太陽光発電部
2 太陽光発電部
3 太陽光発電部
5 昇圧接続装置
51 一の昇圧回路
52 他の昇圧回路
53 他の昇圧回路
54 制御部
6 電力変換部
14 出力電圧センサ
15 出力電流センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar power generation part 2 Solar power generation part 3 Solar power generation part 5 Boosting
Claims (3)
各発電部毎に対応して設けられた複数の昇圧回路と、該昇圧回路の昇圧動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記複数の昇圧回路のうち最も入力電圧の高い一の昇圧回路の昇圧動作を停止させ且つその他の昇圧回路を昇圧動作させているときに前記電力変換部が入力電流制限を行っているか否かを判定する判定手段を備えるとともに、該判定手段の判定結果に基づいて前記一の昇圧回路の昇圧動作を開始させるように構成されていることを特徴とする太陽光発電システム用昇圧接続装置。 Step-up connection device for photovoltaic power generation system that collects generated power input from a plurality of photovoltaic power generation units and outputs the collected power to a predetermined power conversion unit that limits the input current so that the input current does not exceed a predetermined upper limit threshold Because
A plurality of booster circuits provided corresponding to the respective power generation units, and a control unit for controlling the boosting operation of the booster circuit, the control unit having the highest input voltage among the plurality of booster circuits. Determining means for determining whether or not the power conversion unit is performing input current limitation when stopping the boosting operation of the boosting circuit and boosting the other boosting circuit, and determining by the determining means A step-up connection device for a photovoltaic power generation system, configured to start a step-up operation of the one step-up circuit based on a result.
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