JP2018018505A - Device and method for diagnosing inverter mppt performance of photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置及び方法に関する。特に、太陽光発電効率を向上させるようにした太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置及び方法に関する。 The present invention relates to an inverter MPPT performance diagnostic apparatus and method for a photovoltaic power generation system. In particular, the present invention relates to an inverter MPPT performance diagnostic apparatus and method for a photovoltaic power generation system that improves the photovoltaic power generation efficiency.
一般に、太陽光発電システムは、太陽光を直流電力に変換するＰＶモジュール、及び直流電力をＡＣ電力に変換するインバータで構成される。設置のために付加的に構造物と接続盤などがさらに構成され、効率的な運営のために気象センサとモニタリングシステムも含むことができる。 In general, a photovoltaic power generation system includes a PV module that converts sunlight into DC power, and an inverter that converts DC power into AC power. In addition, a structure and a connection board may be further configured for installation, and a weather sensor and a monitoring system may be included for efficient operation.
このような太陽光発電システムは、小容量のＰＶモジュールを多数直列及び並列に接続して大容量の発電システムを構成し、一部のＰＶモジュールで異常が発生しても、全体システムは発電量が減少した状態で動作する。接続盤は、ＰＶモジュールを直列に接続したストリングを並列に接続する装置であって、ストリング毎に逆電流を防止するためのブロッキングダイオード及び過電流防止のためのヒューズを基本的に装着する。 In such a photovoltaic power generation system, a large capacity power generation system is configured by connecting a large number of small capacity PV modules in series and in parallel. Operates in a reduced state. The connection board is a device for connecting strings in which PV modules are connected in series, and a blocking diode for preventing reverse current and a fuse for preventing overcurrent are basically mounted for each string.
多数のストリングで構成された太陽光発電システムにおいて接続盤の特定のストリングのヒューズが短絡されたり、スイッチが遮断されたりしても、当該太陽光発電システムは正常に動作する。 Even if a fuse of a specific string on the connection board is short-circuited or a switch is cut off in a photovoltaic system composed of a large number of strings, the photovoltaic system operates normally.
そのため、太陽光発電システムの発電効率を高めるためには、設備が正常動作しているか否かを最大限迅速に把握しなければならない。 Therefore, in order to increase the power generation efficiency of the photovoltaic power generation system, it is necessary to grasp as quickly as possible whether or not the facility is operating normally.
一方、インバータは、ＰＶモジュールから出力されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換する機能、及びＰＶモジュールが最大出力を出すことができるようにＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行う機能がある。 On the other hand, the inverter has a function of converting DC power output from the PV module into AC power and a function of performing MPPT (Maximum Power Point Tracking) control so that the PV module can output the maximum output.
図１Ａは、ＰＶモジュールの日射量による電流−電圧特性を示したグラフであり、図１Ｂは、ＰＶモジュールの日射量による電圧−電力特性を示したグラフである。 FIG. 1A is a graph showing the current-voltage characteristics depending on the solar radiation amount of the PV module, and FIG. 1B is a graph showing the voltage-power characteristics depending on the solar radiation amount of the PV module.
ＰＶモジュールの特性曲線は、図１Ａに示したように、各日射量に対して電圧−電流の関係で表現される。図１Ａは、モジュールの温度が２５℃である場合の特性である。 As shown in FIG. 1A, the characteristic curve of the PV module is expressed as a voltage-current relationship with respect to each amount of solar radiation. FIG. 1A shows the characteristics when the temperature of the module is 25 ° C.
この電圧−電流グラフから図１Ｂの電圧−電力グラフを図示することができる。電力は電圧と電流との積であるため、図１Ａから電圧と電流とを乗算すればよい。 From this voltage-current graph, the voltage-power graph of FIG. 1B can be illustrated. Since power is the product of voltage and current, the voltage and current may be multiplied from FIG. 1A.
図１Ａからわかるように、特性が上に膨らんだ形状となり、任意の日射量で最大電力点が定まり、最大出力を出すＰＶモジュールの電圧は、日射量が低いほど最大出力電圧（Ｖｍｐｐ）が低くなり、図示していないが、温度が増加するほどＶｍｐｐが低くなる。 As can be seen from FIG. 1A, the shape of the PV module expands upward, the maximum power point is determined at an arbitrary amount of solar radiation, and the maximum output voltage (Vmpp) is lower as the solar radiation is lower. Although not shown, Vmpp decreases as the temperature increases.
また、日射量が増加するほどＶｍｐｐは増加するが、日射量が増加するほどモジュール温度が増加し、モジュール温度の増加時のＶｍｐｐの減少率が、日射量の増加時のＶｍｐｐの増加率よりも大きいため、実際には、日射量が増加する場合にもＶｍｐｐは小さくなる傾向がある。 In addition, Vmpp increases as the amount of solar radiation increases, but the module temperature increases as the amount of solar radiation increases, and the decrease rate of Vmpp when the module temperature increases is higher than the increase rate of Vmpp when the amount of solar radiation increases. In reality, Vmpp tends to decrease even when the amount of solar radiation increases.
このように、日射量と温度に応じてＶｍｐｐが変わり、変化率は、ＰＶモジュールのメーカー毎に異なる特性を有する。インバータでは、ＰＶモジュールが最大出力を出すことができるように、ＰＶ出力電圧にＶｍｐｐとなるように制御をしなければならず、日射量と温度が変わり続けるため、日射量とモジュール温度の変化時、変更されるＶｍｐｐを継続的に追従しなければならない。インバータにおいて代表的なＭＰＰＴアルゴリズムとして、Ｐ＆Ｏ（Ｐｅｒｔｕｒｂ ＆ Ｏｂｓｅｒｖｅ）、ＩｎＣｏｎｄ（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）方法などがある。 Thus, Vmpp changes according to the amount of solar radiation and temperature, and the rate of change has different characteristics for each manufacturer of PV modules. In the inverter, the PV output voltage must be controlled to Vmpp so that the PV module can produce the maximum output, and since the solar radiation amount and the temperature keep changing, the solar radiation amount and the module temperature change. , Vmpp to be changed must be continuously followed. As typical MPPT algorithms in inverters, there are P & O (Perturb & Observe), InCond (Incremental Conductance) methods and the like.
一方、太陽光発電システムは、日射量とモジュール温度に対して、期待発電電力に対するＰＶモジュールは、Ｉ−Ｖ特性曲線によって理論的に数式１のように計算される。 On the other hand, in the photovoltaic power generation system, the PV module with respect to the expected generated power is theoretically calculated as in Equation 1 by the IV characteristic curve with respect to the amount of solar radiation and the module temperature.
（数式１）
発電基準電力＝日射量／１０００×設備容量×（１−温度係数（２５−モジュール温度））
(Formula 1)
Power generation reference power = solar radiation / 1000 x facility capacity x (1-temperature coefficient (25-module temperature))
例えば、ＰＶモジュールの温度が２５℃であり、日射量が５００Ｗ／ｍ２である場合、発電電力は設備容量の５０％だけ発電するようになり、これは、ＰＶモジュールの最も理想的な最大出力である。太陽光発電システムを構成するにおいて、線路損失、インバータでの変換効率、インバータのＭＰＰＴ性能、そして、ＰＶモジュールが設置された方位角、傾斜角などの要因により、太陽光発電システムの性能が決定される。 For example, when the temperature of the PV module is 25 ° C. and the amount of solar radiation is 500 W / m 2, the generated power will be generated by 50% of the installed capacity, which is the most ideal maximum output of the PV module. is there. In configuring a photovoltaic power generation system, the performance of the photovoltaic power generation system is determined by factors such as line loss, inverter conversion efficiency, inverter MPPT performance, and the azimuth angle and inclination angle of the PV module. The
図２は、５日間の太陽光発電システムの出力電力（インバータ出力電力）を示したグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the output power (inverter output power) of the solar power generation system for 5 days.
図２において、青色は、日射量と温度に対して数式１によって計算される発電基準電力であり、赤色は、太陽光発電システムの出力電力を意味する。ピンク色の線は、インバータのＭＰＰＴ制御による入力電圧、すなわち、Ｖｍｐｐを意味する。図２では、インバータの出力電力は発電基準電力とほぼ一致し、正常に動作した例である。 In FIG. 2, blue is a power generation reference power calculated by Equation 1 with respect to the amount of solar radiation and temperature, and red means output power of the solar power generation system. The pink line means an input voltage by the MPPT control of the inverter, that is, Vmpp. FIG. 2 shows an example in which the output power of the inverter substantially matches the power generation reference power and operates normally.
しかし、図３の場合、特定の領域でインバータの出力が発電基準電力に到達しておらず、これは、インバータの出力がＭＰＰＴ制御時に、Ｖｍｐｐに追従できず、高い電圧で発散する場合である。すなわち、図３は、従来技術による太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴで制御エラーが発生した例を示した図である。 However, in the case of FIG. 3, the output of the inverter does not reach the power generation reference power in a specific region. This is a case where the output of the inverter cannot follow Vmpp and diverges at a high voltage during MPPT control. . That is, FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which a control error has occurred in the inverter MPPT of the photovoltaic power generation system according to the related art.
このことは、インバータの温度が高い場合にインバータの制御エラーによって頻繁に発生し、制御エラーが頻繁に発生する場合、インバータの制御アルゴリズムを改善することによって太陽光発電効率を向上させることができる。 This frequently occurs due to an inverter control error when the temperature of the inverter is high, and when the control error frequently occurs, the photovoltaic power generation efficiency can be improved by improving the inverter control algorithm.
本発明は、上記のような問題を解決するためのもので、設置現場に最適化された適応型モデルを構築し、基準Ｖｍｐｐと実際のＶｍｐｐを比較してインバータのＭＰＰＴ性能を診断することによって発電効率を向上させるようにした、太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置及び方法を提供することにその目的がある。 The present invention is intended to solve the above problems, and by constructing an adaptive model optimized for the installation site, comparing the reference Vmpp with the actual Vmpp and diagnosing the MPPT performance of the inverter The purpose of the present invention is to provide an inverter MPPT performance diagnostic apparatus and method for a photovoltaic power generation system that improves power generation efficiency.
上記のような目的を達成するための本発明による太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置は、多数のＰＶモジュールが直列又は並列に接続されてＤＣ電力を生産するために多数のストリングで構成された太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイから生産されたＤＣ電力をまとめて伝達する接続盤と、前記接続盤を介して伝達されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換して出力するインバータと、前記太陽電池アレイの水平面及び傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度を測定する気象センサ部と、前記太陽電池アレイの各ストリングに対する電圧及び電流、前記接続盤を介してインバータに入力されるＤＣ電圧、ＤＣ電流、ＤＣ電力、及び前記インバータ出力端のＡＣ電圧、ＡＣ電流、ＡＣ電力、力率、周波数、累積発電量、そして、前記気象センサ部からの水平面日射量、傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度をそれぞれ受け取って収集する計測部と、前記計測部から収集された各種データを受け取って格納する格納部と、前記計測部から収集された日射量及びモジュール温度を受け取って最大出力電圧を推定する最大出力電圧推定部と、前記計測部のインバータ入力電圧と前記最大出力電圧推定部の推定最大出力電圧をそれぞれ受け取って比較することによって、最大出力電圧を診断する最大出力電圧診断部と、前記最大出力電圧診断部からの診断結果を外部に出力する出力部とを含んでなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an inverter MPPT performance diagnostic apparatus of a photovoltaic power generation system according to the present invention is composed of multiple strings in order to produce DC power by connecting multiple PV modules in series or in parallel. A solar battery array, a connection board that collectively transmits DC power produced from the solar battery array, an inverter that converts the DC power transmitted through the connection board into AC power, and outputs the solar power. Weather sensor unit for measuring solar and horizontal solar radiation, module temperature and external temperature of the battery array, voltage and current for each string of the solar cell array, DC voltage input to the inverter via the connection board, DC Current, DC power, AC voltage at the inverter output, AC current, AC power, power factor, frequency, accumulated power generation, A horizontal plane solar radiation amount from the weather sensor unit, an inclined surface solar radiation amount, a module temperature and an external temperature, respectively, and a storage unit for receiving and storing various data collected from the measurement unit, A maximum output voltage estimation unit that receives the amount of solar radiation and module temperature collected from the measurement unit and estimates a maximum output voltage, and receives an inverter input voltage of the measurement unit and an estimated maximum output voltage of the maximum output voltage estimation unit, respectively. The comparison includes a maximum output voltage diagnosis unit that diagnoses the maximum output voltage by comparison, and an output unit that outputs a diagnosis result from the maximum output voltage diagnosis unit to the outside.
また、本発明による太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断方法は、太陽電池アレイ、接続盤、及びインバータからなる太陽光発電部と、日射量、モジュール温度及び外部温度を検出する気象センサ部とを構築するステップ；前記太陽電池アレイの各ストリングに対する電圧及び電流、前記接続盤を介してインバータに入力されるＤＣ電圧、ＤＣ電流、ＤＣ電力、及び前記インバータ出力端のＡＣ電圧、ＡＣ電流、ＡＣ電力、力率、周波数、累積発電量、そして、前記気象センサ部からの水平面日射量、傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度に対するデータをそれぞれ受け取って収集するステップ；前記収集された各種データを格納するステップ；前記収集された日射量及びモジュール温度を受け取って最大出力電圧を推定するステップ；前記収集されたインバータ入力電圧と前記推定最大出力電圧をそれぞれ受け取って比較することによって、最大出力電圧を診断するステップ；及び前記最大出力電圧の診断結果を外部に出力するステップを含んでなることを特徴とする。 In addition, the inverter MPPT performance diagnosis method of the photovoltaic power generation system according to the present invention includes a photovoltaic power generation unit including a solar cell array, a connection panel, and an inverter, and a weather sensor unit that detects an amount of solar radiation, a module temperature, and an external temperature. Constructing; voltage and current for each string of the solar cell array, DC voltage, DC current, DC power input to the inverter through the connection board, and AC voltage, AC current, AC power at the inverter output terminal Receiving and collecting power factor, frequency, accumulated power generation amount, and horizontal plane solar radiation amount, inclined surface solar radiation amount, module temperature and external temperature from the weather sensor unit; storing the collected various data Receiving the collected solar radiation and module temperature to estimate a maximum output voltage Diagnosing a maximum output voltage by receiving and comparing each of the collected inverter input voltage and the estimated maximum output voltage; and outputting a diagnosis result of the maximum output voltage to the outside. It is characterized by becoming.
本発明に係る太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置及び方法は、設置現場に最適化された適応型モデルを構築し、基準Ｖｍｐｐと実際のＶｍｐｐを比較してインバータのＭＰＰＴ性能を診断することによって発電効率を向上させることができる。 An inverter MPPT performance diagnosis apparatus and method for a photovoltaic power generation system according to the present invention constructs an adaptive model optimized for an installation site, and compares the reference Vmpp with the actual Vmpp to diagnose the MPPT performance of the inverter. The power generation efficiency can be improved.
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の説明及び添付の図面において、本発明の要旨を曖昧にする可能性がある公知の機能又は構成に関する詳細な説明は省略する。また、図面全体にわたって同一の構成要素には可能な限り同一の図面符号を付けるようにしていることに留意しなければならない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the following description and the accompanying drawings, detailed descriptions of known functions or configurations that may obscure the gist of the present invention are omitted. It should be noted that throughout the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible.
以下で説明される本明細書及び特許請求の範囲で用いられた用語や単語は、通常または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最善の方法を用いて説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。したがって、本明細書に記載された実施例と図面に示す構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替できる様々な均等物と変形例があり得るということが理解されるべきである。 Terms and words used in the specification and claims described below should not be construed to be limited to ordinary or lexicographic meanings, and the inventor should best understand how to make his invention. Based on the principle that the term concept can be appropriately defined for use and explanation, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiment described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. It should be understood that there can be various equivalents and variations that can be substituted.
図４は、本発明に係る太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置及び方法を概略的に示したブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram schematically showing an inverter MPPT performance diagnosis apparatus and method for a photovoltaic power generation system according to the present invention.
本発明に係る太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置は、図４に示したように、多数のＰＶモジュールが直列又は並列に接続されてＤＣ電力を生産するために多数のストリングで構成された太陽電池アレイ１１０と、前記太陽電池アレイ１１０から生産されたＤＣ電力をまとめて伝達する接続盤１２０と、前記接続盤１２０を介して伝達されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換して出力するインバータ１３０と、前記太陽電池アレイ１１０の水平面及び傾斜面日射量、モジュール温度、及び外部温度を測定する気象センサ部１４０と、前記太陽電池アレイ１１０の各ストリングに対する電圧及び電流、前記接続盤１２０を介してインバータ１３０に入力されるＤＣ電圧、ＤＣ電流、ＤＣ電力、及び前記インバータ１３０出力端のＡＣ電圧、ＡＣ電流、ＡＣ電力、力率、周波数、累積発電量、そして、前記気象センサ部１４０からの水平面日射量、傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度をそれぞれ受け取って収集する計測部１５０と、前記計測部１５０から収集された各種データを受け取って格納する格納部１６０と、前記計測部１５０から収集された日射量及びモジュール温度を受け取って最大出力電圧を推定する最大出力電圧推定部１７０と、前記計測部１５０のインバータ入力電圧及び前記最大出力電圧推定部１７０の推定最大出力電圧をそれぞれ受け取って比較することによって、最大出力電圧を診断する最大出力電圧診断部１８０と、前記最大出力電圧診断部１８０からの診断結果を外部のモニタリング部（図示せず）に出力する出力部１９０を含んでなる。 As shown in FIG. 4, the inverter MPPT performance diagnostic apparatus of the photovoltaic power generation system according to the present invention is configured with a large number of strings in order to produce DC power by connecting a large number of PV modules in series or in parallel. Solar cell array 110, connection panel 120 that collectively transmits DC power produced from solar cell array 110, and inverter 130 that converts the DC power transmitted through connection panel 120 into AC power and outputs it. And a meteorological sensor unit 140 that measures the amount of solar radiation on the horizontal and inclined surfaces of the solar cell array 110, the module temperature, and the external temperature, the voltage and current for each string of the solar cell array 110, and the connection panel 120. DC voltage, DC current, DC power input to the inverter 130, and AC at the output terminal of the inverter 130 A measurement unit 150 that receives and collects pressure, AC current, AC power, power factor, frequency, accumulated power generation amount, horizontal plane solar radiation amount, inclined surface solar radiation amount, module temperature, and external temperature from the weather sensor unit 140; A storage unit 160 for receiving and storing various data collected from the measurement unit 150; a maximum output voltage estimation unit 170 for receiving a solar radiation amount and a module temperature collected from the measurement unit 150 and estimating a maximum output voltage; A maximum output voltage diagnosis unit 180 for diagnosing the maximum output voltage by receiving and comparing the inverter input voltage of the measurement unit 150 and the estimated maximum output voltage of the maximum output voltage estimation unit 170, respectively, and the maximum output voltage diagnosis An output unit 190 that outputs a diagnosis result from the unit 180 to an external monitoring unit (not shown).
ここで、前記太陽電池アレイ１１０、接続盤１２０及びインバータ１３０は、太陽光発電システムをそれぞれ構成している。 Here, the solar cell array 110, the connection panel 120, and the inverter 130 constitute a solar power generation system.
前記計測部１５０を介して収集されたデータは、モニタリングシステムで状態を感知するための用途に使用され、日射量、モジュール温度、及びインバータ入力電圧となる最大出力電圧（Ｖｍｐｐ）は、最大電力追従診断のために使用される。 The data collected through the measuring unit 150 is used for sensing a state in the monitoring system, and the maximum output voltage (Vmpp) as the amount of solar radiation, the module temperature, and the inverter input voltage is the maximum power tracking. Used for diagnosis.
前記太陽電池アレイ１１０のうちの１つのストリングに含まれたＰＶモジュールは、互いに直列に接続される。そして、各ストリングのＰＶモジュールは、前記接続盤１２０を介して互いに並列に接続される。例えば、前記太陽電池アレイ１１０は、第１〜第３太陽電池アレイからなり、前記第１太陽電池アレイに含まれた多数のＰＶモジュール、第２太陽電池アレイに含まれた多数のＰＶモジュール、第３太陽電池アレイに含まれた多数のＰＶモジュールは、前記接続盤１２０を介して互いに並列に接続される。 PV modules included in one string of the solar cell array 110 are connected to each other in series. The PV modules of each string are connected to each other in parallel via the connection board 120. For example, the solar cell array 110 includes first to third solar cell arrays, and includes a number of PV modules included in the first solar cell array, a number of PV modules included in the second solar cell array, A large number of PV modules included in the three solar cell arrays are connected in parallel to each other through the connection board 120.
一方、前記第１〜第３太陽電池アレイに含まれたＰＶモジュールの数は同一であってもよく、異なっていてもよい。前記各太陽電池アレイ１１０の数及びＰＶモジュールの数は様々に可変することができる。 Meanwhile, the number of PV modules included in the first to third solar cell arrays may be the same or different. The number of each of the solar cell arrays 110 and the number of PV modules can be varied.
前記接続盤１２０は、逆電流を防止するためのブロッキングダイオード及び過電流防止のためのヒューズが装着されている。 The connection board 120 is provided with a blocking diode for preventing reverse current and a fuse for preventing overcurrent.
前記気象センサ部１４０で計測された日射量は、前記ＰＶモジュールの水平面日射量及び傾斜面日射量のうち少なくともいずれか１つを測定する。そのために、この日射量測定部は、水平面日射量を感知する水平面日射量センサ、及び傾斜面日射量を感知する少なくとも１つの傾斜面日射量センサを含む。この日射量測定部は、水平面日射量センサ及び傾斜面日射量センサを介して感知された水平面日射量及び傾斜面日射量を測定し、この測定値をデジタル形態の電圧に変更する。 The solar radiation amount measured by the weather sensor unit 140 measures at least one of the horizontal solar radiation amount and the inclined surface solar radiation amount of the PV module. For this purpose, the solar radiation amount measuring unit includes a horizontal surface solar radiation sensor that senses a horizontal solar radiation amount and at least one inclined surface solar radiation sensor that senses an inclined surface solar radiation amount. The solar radiation amount measuring unit measures the horizontal surface solar radiation amount and the inclined surface solar radiation amount sensed through the horizontal surface solar radiation amount sensor and the inclined surface solar radiation amount sensor, and changes the measured value to a digital voltage.
この水平面日射量は、太陽電池アレイ１１０が設置された設置場所に入射する日射量を意味し、そして、傾斜面日射量は、いずれか１つのＰＶモジュールに入射する太陽光の日射量を意味する。 The horizontal solar radiation amount means the solar radiation amount incident on the installation place where the solar cell array 110 is installed, and the inclined surface solar radiation amount means the solar radiation amount incident on any one PV module. .
一方、モジュール温度は、ＰＶモジュールにモジュール温度センサを取り付けるか、または太陽光発電部１００が設置された部分に温度センサを取り付けることによって測定することができる。このモジュール温度センサは、いずれか１つのＰＶモジュールにのみ取り付けられてもよく、または全てのＰＶモジュールに１つずつ取り付けられてもよい。このとき、このモジュール温度センサは、このＰＶモジュールの入光面又はこの入光面の反対側に取り付けられてもよい。 On the other hand, the module temperature can be measured by attaching a module temperature sensor to the PV module or attaching a temperature sensor to a portion where the photovoltaic power generation unit 100 is installed. This module temperature sensor may be attached only to any one PV module, or may be attached to all PV modules one by one. At this time, the module temperature sensor may be attached to the light incident surface of the PV module or the opposite side of the light incident surface.
前記格納部１６０は、前記計測部１５０で収集された各種データを格納する機能を果たし、数秒の通信間隔を通じて収集されるサンプリングデータの平均値を計算し、１０分又は１５分区間間隔で格納する。このとき、前記格納部１６０のデータ格納間隔は、発電所別に所望の値に設定して格納することができる。 The storage unit 160 functions to store various data collected by the measurement unit 150, calculates an average value of sampling data collected through a communication interval of several seconds, and stores the average value at intervals of 10 minutes or 15 minutes. . At this time, the data storage interval of the storage unit 160 can be set and stored at a desired value for each power plant.
前記最大出力電圧推定部１７０は、前記計測部１５０から入力された日射量と温度に対して最大出力電圧を算出する機能を果たす。前記最大出力電圧は、近似モデルを構築した後、近似モデルを用いて最大出力電圧を算出する。 The maximum output voltage estimation unit 170 functions to calculate the maximum output voltage with respect to the amount of solar radiation and temperature input from the measurement unit 150. For the maximum output voltage, after constructing an approximate model, the maximum output voltage is calculated using the approximate model.
本発明では、前記計測部１５０で収集された日射量とモジュール温度に対する最大出力電圧の関係は、線形関係で定義し、次の数式２のように線形式で定義した。数式２において、ｘ１は日射量、ｘ２はモジュール温度、ｙは最大出力電圧を意味し、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３は、多項式の係数であって、太陽光発電所毎に格納されたデータを用いて学習を通じて算定することができる。 In the present invention, the relationship between the amount of solar radiation collected by the measurement unit 150 and the maximum output voltage with respect to the module temperature is defined as a linear relationship, and is defined in a linear form as in the following Equation 2. In Equation 2, x1 is the amount of solar radiation, x2 is the module temperature, y is the maximum output voltage, a0, a1, a2, and a3 are polynomial coefficients, and the data stored for each photovoltaic power plant And can be calculated through learning.
ここで、前記多項式の係数であるａ０、ａ１、ａ２、ａ３は、次のようなステップで算定する。 Here, the coefficients a0, a1, a2, and a3 of the polynomial are calculated in the following steps.
ステップ１：前記格納部１６０に格納されたデータから日射量（Ｘ１）、モジュール温度（Ｘ２）、インバータ入力電圧（Ｙ）、発電電力を読み込む。格納された期間とデータの数とは比例し、最小１ヵ月以上の格納されたデータを読み込む。図５Ａは、読み込んだデータを３次元で示した例である。 Step 1: The solar radiation amount (X1), module temperature (X2), inverter input voltage (Y), and generated power are read from the data stored in the storage unit 160. The stored period is proportional to the number of data, and stored data of at least one month is read. FIG. 5A is an example in which the read data is shown in three dimensions.
ステップ２：フィルタリングを介して、異常動作時に格納されたデータを除外する。まず、日射量が３００以下であるデータセットを探して除去する。その後、数式１を用いて日射量、モジュール温度に対して発電基準電力を計算し、この値と発電電力とが２０％以上の差があるデータを除去する。図５Ｂにおいて、青色点は、フィルタリングを介して除去されるデータセットを意味し、赤色点は、フィルタリングを介して抽出された学習データを示す。 Step 2: Exclude data stored during abnormal operation through filtering. First, the data set whose solar radiation amount is 300 or less is searched and removed. Then, the power generation reference power is calculated with respect to the solar radiation amount and the module temperature using Formula 1, and data having a difference of 20% or more between this value and the generated power is removed. In FIG. 5B, a blue point means a data set that is removed through filtering, and a red point indicates learning data extracted through filtering.
ステップ３：図５Ｃのように表現されるフィルタリングデータをｍ個と仮定すると、日射量（Ｘ１）、モジュール温度（Ｘ２）、インバータ入力電圧（Ｙ）は、それぞれ数式３、数式４、数式５のようにベクトルで表現することができ、入力ベクトルを用いて、数式６のように定義される拡張行列を生成する。 Step 3: Assuming that m pieces of filtering data are expressed as shown in FIG. 5C, the solar radiation amount (X1), the module temperature (X2), and the inverter input voltage (Y) are expressed by Equation 3, Equation 4, and Equation 5, respectively. Thus, an extended matrix defined as Equation 6 is generated using the input vector.
ステップ４：多項式の係数ベクトルＡを、数式７のように最小二乗法を用いて算定する。ここで、Ａ＝［ａ０ ａ１ ａ２ ａ３］Ｔのように定義される多項式ベクトルであり、Ｘ、Ｙは、それぞれ、数式６と数式５のように定義される拡張行列と出力ベクトルである。 Step 4: The coefficient vector A of the polynomial is calculated using the least square method as shown in Equation 7. Here, it is a polynomial vector defined as A = [a0 a1 a2 a3] T, and X and Y are an extended matrix and an output vector defined as Equation 6 and Equation 5, respectively.
前記の方法によって近似モデルを構築し、図５Ｃのように表示されるデータセットを適用した場合、次のように表示されるモデルが構築されると、図６は、３次元グラフで近似モデルの入出力関係を表示した例を示す。これは、傾いた平面方程式となる。 When an approximate model is constructed by the above-described method and a data set displayed as shown in FIG. 5C is applied, when a model displayed as follows is constructed, FIG. An example of displaying the input / output relationship is shown. This is a tilted plane equation.
このように、格納されたデータをフィルタリングした後、数式８のように定義される近似モデルを構築した後、リアルタイムで計測部１５０で収集された日射量（ｘ１）とモジュール温度（ｘ２）を数式８に代入すると、最大電圧を推定することができる。 Thus, after filtering the stored data, an approximate model defined as Equation 8 is constructed, and then the solar radiation amount (x1) and the module temperature (x2) collected by the measurement unit 150 in real time are represented by Equations. Substituting into 8, the maximum voltage can be estimated.
前記最大出力電圧診断部１８０は、ＭＰＰＴが正常動作しているか否かを判断する。前記最大出力電圧推定部１７０で日射量とモジュール温度に対して推定（予測）された最大出力電圧と、計測されたインバータ入力電圧とを比較することによって、ＭＰＰＴ制御が正常動作しているか否かを診断する。 The maximum output voltage diagnosis unit 180 determines whether the MPPT is operating normally. Whether the MPPT control is operating normally by comparing the maximum output voltage estimated (predicted) with respect to the solar radiation amount and the module temperature by the maximum output voltage estimation unit 170 and the measured inverter input voltage. Diagnose.
このとき、太陽光発電システムの最大出力電圧は、ＰＶモジュールのメーカー、及びモジュールの直列接続された数に応じて電圧範囲が変わるため、推定最大出力電圧とインバータ入力電圧との差を使用せず、数式９のように比率を計算して診断する。最大出力電圧追跡率が１０５％を超える場合、最大出力追従制御にエラーがあるものと判断する。 At this time, the maximum output voltage of the photovoltaic power generation system does not use the difference between the estimated maximum output voltage and the inverter input voltage because the voltage range changes depending on the manufacturer of the PV module and the number of modules connected in series. The ratio is calculated as shown in Equation 9 for diagnosis. If the maximum output voltage tracking rate exceeds 105%, it is determined that there is an error in the maximum output tracking control.
（数式９）
最大出力電圧追跡率＝インバータ入力電圧／推定最大出力電圧×１００
(Formula 9)
Maximum output voltage tracking rate = inverter input voltage / estimated maximum output voltage x 100
前記出力部１９０は、最大出力電圧追従が正常であるか否かを表示する機能を果たし、場合によって、イベントを発生させて管理者に直ちに知らせる機能を果たす。 The output unit 190 has a function of displaying whether or not the maximum output voltage tracking is normal. In some cases, the output unit 190 generates an event and immediately notifies the administrator.
本発明によるインバータＭＰＰＴ診断技術を、図３のようにＭＰＰＴ診断に適用した事例を図７に示す。 FIG. 7 shows an example in which the inverter MPPT diagnosis technique according to the present invention is applied to MPPT diagnosis as shown in FIG.
図７において、青色は、実際のＭＰＰＴの結果であるインバータ入力電圧であり、赤色点は、近似モデルを介して求められた推定最大電圧である。ピンク色の線は、日射量グラフを共に示したものであり、推定最大電圧は、日射量が３００以上である場合にのみ算出する。 In FIG. 7, blue is an inverter input voltage that is the result of actual MPPT, and a red point is an estimated maximum voltage obtained through an approximate model. The pink line shows the solar radiation amount graph, and the estimated maximum voltage is calculated only when the solar radiation amount is 300 or more.
すなわち、太陽光発電容量の３０％以上発電する条件でのみＭＰＰＴ診断を行う。図８は、最大出力電圧診断部１８０で計算された最大出力電圧追跡率を図示化したものであって、１０５％以上は赤色で表現し、この部分はＭＰＰＴ故障として診断し、ユーザに知らせる。 That is, the MPPT diagnosis is performed only under the condition of generating power of 30% or more of the solar power generation capacity. FIG. 8 illustrates the maximum output voltage tracking rate calculated by the maximum output voltage diagnosis unit 180, in which 105% or more is expressed in red, and this portion is diagnosed as an MPPT failure and notified to the user.
図９は、本発明に係る太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断方法を概略的に説明するためのフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart for schematically explaining the inverter MPPT performance diagnosis method of the photovoltaic power generation system according to the present invention.
本発明に係る太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断方法は、図９に示したように、太陽電池アレイ、接続盤、インバータからなる太陽光発電部と、日射量、モジュール温度及び外部温度を検出する気象センサ部とを構築する（Ｓ１１０）。 As shown in FIG. 9, the photovoltaic power generation system inverter MPPT performance diagnosis method according to the present invention detects a solar power generation unit including a solar cell array, a connection panel, and an inverter, and detects solar radiation, module temperature, and external temperature. A weather sensor unit is constructed (S110).
次いで、前記太陽電池アレイの各ストリングに対する電圧及び電流、前記接続盤を介してインバータに入力されるＤＣ電圧、ＤＣ電流、ＤＣ電力、及び前記インバータ出力端のＡＣ電圧、ＡＣ電流、ＡＣ電力、力率、周波数、累積発電量、そして、前記気象センサ部からの水平面日射量、傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度に対するデータをそれぞれ受け取って収集する（Ｓ１２０）。 Next, voltage and current for each string of the solar cell array, DC voltage, DC current, DC power input to the inverter through the connection board, and AC voltage, AC current, AC power, power at the inverter output terminal Data on the rate, frequency, accumulated power generation amount, and horizontal plane solar radiation amount, inclined surface solar radiation amount, module temperature and external temperature from the weather sensor unit are received and collected (S120).
次いで、前記収集された各種データを格納する（Ｓ１３０）。 Next, the collected various data is stored (S130).
次いで、前記収集された日射量及びモジュール温度を受け取って最大出力電圧を推定する（Ｓ１４０）。 Next, the collected solar radiation amount and module temperature are received to estimate a maximum output voltage (S140).
次いで、前記収集されたインバータ入力電圧と前記推定最大出力電圧をそれぞれ受け取って比較することによって、最大出力電圧を診断する（Ｓ１５０）。 Then, the maximum output voltage is diagnosed by receiving and comparing the collected inverter input voltage and the estimated maximum output voltage, respectively (S150).
そして、前記最大出力電圧の診断結果を外部に出力する（Ｓ１６０）。 Then, the diagnosis result of the maximum output voltage is output to the outside (S160).
以上において、本発明の技術的思想を例示するために、具体的な実施形態を図示し、説明したが、本発明は、上記のように具体的な実施形態と同一の構成及び作用のみに限定されず、様々な変形が本発明の範囲を逸脱しない限度内で実施可能である。したがって、そのような変形も本発明の範囲に属するものと見なすべきであり、本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲によって決定されなければならない。
In the above, specific embodiments have been shown and described in order to illustrate the technical idea of the present invention. However, the present invention is limited only to the same configurations and operations as those of the specific embodiments as described above. Various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, such modifications are to be considered as belonging to the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the appended claims.
Claims (8)
前記太陽電池アレイから生産されたＤＣ電力をまとめて伝達する接続盤と、
前記接続盤を介して伝達されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換して出力するインバータと、
前記太陽電池アレイの水平面及び傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度を測定する気象センサ部と、
前記太陽電池アレイの各ストリングに対する電圧及び電流、前記接続盤を介してインバータに入力されるＤＣ電圧、ＤＣ電流、ＤＣ電力、及び前記インバータ出力端のＡＣ電圧、ＡＣ電流、ＡＣ電力、力率、周波数、累積発電量、そして、前記気象センサ部からの水平面日射量、傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度をそれぞれ受け取って収集する計測部と、
前記計測部から収集された各種データを受け取って格納する格納部と、
前記計測部から収集された日射量及びモジュール温度を受け取って最大出力電圧を推定する最大出力電圧推定部と、
前記計測部のインバータ入力電圧と前記最大出力電圧推定部の推定最大出力電圧をそれぞれ受け取って比較することによって、最大出力電圧を診断する最大出力電圧診断部と、
前記最大出力電圧診断部からの診断結果を外部に出力する出力部とを含んでなることを特徴とする、太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断装置。 A solar cell array composed of a number of strings in order to produce DC power with a number of PV modules connected in series or in parallel;
A connection board for collectively transmitting DC power produced from the solar cell array;
An inverter that converts DC power transmitted through the connection board into AC power and outputs the AC power;
A meteorological sensor unit for measuring the solar and horizontal solar radiation amount, module temperature and external temperature of the solar cell array;
Voltage and current for each string of the solar cell array, DC voltage, DC current, DC power input to the inverter through the connection board, and AC voltage, AC current, AC power, power factor of the inverter output terminal, A frequency unit, a cumulative power generation amount, and a measurement unit that receives and collects horizontal solar radiation amount, inclined surface solar radiation amount, module temperature, and external temperature from the weather sensor unit, and
A storage unit that receives and stores various data collected from the measurement unit;
A maximum output voltage estimation unit that receives the amount of solar radiation and module temperature collected from the measurement unit and estimates a maximum output voltage;
A maximum output voltage diagnosis unit that diagnoses the maximum output voltage by receiving and comparing the inverter input voltage of the measurement unit and the estimated maximum output voltage of the maximum output voltage estimation unit, respectively;
An inverter MPPT performance diagnosis apparatus for a photovoltaic power generation system, comprising: an output unit that outputs a diagnosis result from the maximum output voltage diagnosis unit to the outside.
前記太陽電池アレイの各ストリングに対する電圧及び電流、前記接続盤を介してインバータに入力されるＤＣ電圧、ＤＣ電流、ＤＣ電力、及び前記インバータ出力端のＡＣ電圧、ＡＣ電流、ＡＣ電力、力率、周波数、累積発電量、そして、前記気象センサ部からの水平面日射量、傾斜面日射量、モジュール温度及び外部温度に対するデータをそれぞれ受け取って収集するステップと、
前記収集された各種データを格納するステップと、
前記収集された日射量及びモジュール温度を受け取って最大出力電圧を推定するステップと、
前記収集されたインバータ入力電圧と前記推定最大出力電圧をそれぞれ受け取って比較することによって、最大出力電圧を診断するステップと、
前記最大出力電圧の診断結果を外部に出力するステップとを含んでなることを特徴とする、太陽光発電システムのインバータＭＰＰＴ性能診断方法。 Constructing a photovoltaic power generation unit comprising a solar cell array, a connection panel, an inverter, and a weather sensor unit for detecting the amount of solar radiation, module temperature and external temperature;
Voltage and current for each string of the solar cell array, DC voltage, DC current, DC power input to the inverter through the connection board, and AC voltage, AC current, AC power, power factor of the inverter output terminal, Receiving and collecting data for frequency, accumulated power generation, and horizontal plane solar radiation, inclined surface solar radiation, module temperature and external temperature from the weather sensor unit;
Storing the collected various data;
Receiving the collected solar radiation and module temperature to estimate a maximum output voltage;
Diagnosing a maximum output voltage by receiving and comparing each of the collected inverter input voltage and the estimated maximum output voltage; and
A method for diagnosing the inverter MPPT performance of a solar power generation system, comprising: outputting a diagnosis result of the maximum output voltage to the outside.
（ここで、前記計測部で収集された日射量及びモジュール温度に対する最大出力電圧の関係は、線形関係で定義し、次の数式２のように線形式で定義する。数式２において、ｘ１は日射量、ｘ２はモジュール温度、ｙは最大出力電圧を意味し、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３は、多項式の係数であって、太陽光発電所毎に格納されたデータを用いて学習を通じて算定することができる。
ここで、前記多項式の係数であるａ０、ａ１、ａ２、ａ３は、次のようなステップで算定する。
ステップ１：前記格納されたデータから日射量（Ｘ１）、モジュール温度（Ｘ２）、インバータ入力電圧（Ｙ）、発電電力を読み込む。格納された期間とデータの数とは比例し、最小１ヵ月以上の格納されたデータを読み込む。
ステップ２：フィルタリングを介して、異常動作時に格納されたデータを除外する。まず、日射量が３００以下であるデータセットを探して除去する。その後、数式１を用いて日射量、モジュール温度に対して発電基準電力を計算し、この値と発電電力とが２０％以上の差があるデータを除去する。
ステップ３：フィルタリングデータをｍ個と仮定すると、日射量（Ｘ１）、モジュール温度（Ｘ２）、インバータ入力電圧（Ｙ）は、それぞれ数式３、数式４、数式５のようにベクトルで表現することができ、入力ベクトルを用いて、数式６のように定義される拡張行列を生成する。
ステップ４：多項式の係数ベクトルＡを、数式７のように最小二乗法を用いて算定する。ここで、Ａ＝［ａ０ ａ１ ａ２ ａ３］Ｔのように定義される多項式ベクトルであり、Ｘ、Ｙは、それぞれ、数式６と数式５のように定義される拡張行列と出力ベクトルである。
前記の方法によって近似モデルを構築する。）
The maximum output voltage estimation unit calculates a maximum output voltage with respect to the solar radiation amount and module temperature input from the measurement unit, and the maximum output voltage is obtained by constructing an approximate model and then using the approximate model to output the maximum output voltage. The inverter MPPT performance diagnosis method for a photovoltaic power generation system according to claim 7, wherein the voltage is calculated.
(Here, the relationship between the solar radiation amount collected by the measurement unit and the maximum output voltage with respect to the module temperature is defined by a linear relationship, and is defined in a linear form as in the following formula 2. In formula 2, x1 is the solar radiation. Quantity, x2 means module temperature, y means maximum output voltage, a0, a1, a2, and a3 are polynomial coefficients, and are calculated through learning using data stored for each photovoltaic power plant Can do.
Here, the coefficients a0, a1, a2, and a3 of the polynomial are calculated in the following steps.
Step 1: The solar radiation amount (X1), module temperature (X2), inverter input voltage (Y), and generated power are read from the stored data. The stored period is proportional to the number of data, and stored data of at least one month is read.
Step 2: Exclude data stored during abnormal operation through filtering. First, the data set whose solar radiation amount is 300 or less is searched and removed. Then, the power generation reference power is calculated with respect to the solar radiation amount and the module temperature using Formula 1, and data having a difference of 20% or more between this value and the generated power is removed.
Step 3: Assuming m pieces of filtering data, the solar radiation amount (X1), the module temperature (X2), and the inverter input voltage (Y) can be expressed by vectors as shown in Equation 3, Equation 4, and Equation 5, respectively. The extended matrix defined as Equation 6 is generated using the input vector.
Step 4: The coefficient vector A of the polynomial is calculated using the least square method as shown in Equation 7. Here, A = [a0 a1 a2 a3] is a polynomial vector defined as T , and X and Y are an extended matrix and an output vector defined as Equation 6 and Equation 5, respectively.
An approximate model is constructed by the method described above. )
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