JP2018074843A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】日射量急変により太陽光発電装置の発電電力が低下してもパワーコンディショナの停止を防止できる蓄電システム。
【解決手段】太陽光発電装置４と電力変換を行うパワーコンディショナ３との間に接続される蓄電システム１であって、蓄電デバイス１３と、太陽光発電装置の出力電流を検出し、検出された電流値をパワーコンディショナの動作が停止する電流下限値で制限することにより蓄電デバイスの出力電流指令値を得る制御装置１２と、制御装置で得られた蓄電デバイスの出力電流指令値に基づき蓄電デバイスの電流制御を行う電力変換器１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーコンディショナと太陽光発電装置との間に接続される蓄電システムに関する。

従来のこの種の技術として、特許文献１に記載された電力平準化装置が知られている。この電力平準化装置は、パワーコンディショナの直流リンク部に蓄電デバイスを接続して構成されている。この電力平準化装置は、専用のパワーコンディショナが必要になるため，既存の太陽光発電システムに接続することが困難であった。

従来の蓄電システム１０は、図６に示すように、系統２とパワーコンディショナ（ＰＣＳ）３との間に接続され、電力変換器１１ａと蓄電デバイス１３ａを備えている。パワーコンディショナ３には太陽光発電装置（ＰＶ）４が接続される。パワーコンディショナ３は太陽光発電装置４からの発電電力を交流電力に変換して系統２に供給する。この場合、太陽光発電装置４からの発電電力は、日射量の変動により変動するので、系統２に供給される交流電力が変動する。

このため、蓄電システム１０は、蓄電デバイス１３ａにより充放電を行い電力の平準化を行うことで、系統２に連系される交流電力の変動を抑制している。また、従来の技術として、特許文献２が知られている。

特開２００２−７８２０５号公報 特開２０１６−３２３７８号公報

しかしながら、日射量急変により太陽光発電装置４からの発電電力が低下すると、パワーコンディショナ３が停止することがある。この場合、パワーコンディショナ３が再起動までに時間がかかるため，売電電力が目減りするといった問題がある。

本発明の課題は、日射量急変により太陽光発電装置の発電電力が低下してもパワーコンディショナの停止を防止することができる蓄電システムを提供することにある。

本発明に係る蓄電システムは、太陽光発電装置と電力変換を行うパワーコンディショナとの間に接続される蓄電システムであって、蓄電デバイスと、前記太陽光発電装置の出力電流を検出し、検出された電流値を前記パワーコンディショナの動作が停止する電流下限値で制限することにより前記蓄電デバイスの出力電流指令値を得る制御装置と、前記制御装置で得られた前記蓄電デバイスの出力電流指令値に基づき前記蓄電デバイスの電流制御を行う電力変換器とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る蓄電システムは、太陽光発電装置と電力変換を行うパワーコンディショナとの間に接続される蓄電システムであって、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電流指令値を得る制御装置と、前記蓄電デバイスの出力電流指令値に基づいて蓄電デバイスの電流制御を行う電力変換器とを備え、前記制御装置は、前記太陽光発電装置の出力電力の直流成分を通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力電力を前記パワーコンディショナの入力電圧で除算することにより電力平準化のための電流指令値を算出する除算器と、前記電力平準化のための電流指令値と前記太陽光発電装置の出力電流とを加算することにより前記パワーコンディショナの入力電流の推定値を得る加算器と、前記パワーコンディショナの入力電流の推定値を前記パワーコンディショナの動作が停止する電流下限値で制限することにより前記蓄電デバイスの出力電流指令値を得るリミッタと、前記リミッタからの出力電流指令値と前記電力平準化のための電流指令値とを加算して得られた電流指令値と前記パワーコンディショナの入力電圧と前記蓄電デバイスの出力電圧とに基づき前記蓄電デバイスの出力電流指令値を算出する電流指令値算出部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、制御装置は、太陽光発電装置の出力電流を検出し、検出された電流値をパワーコンディショナの動作が停止する電流下限値で制限することにより蓄電デバイスの出力電流指令値を得て、電力変換器は、制御装置で得られた蓄電デバイスの出力電流指令値に基づき蓄電デバイスの電流制御を行う。

従って、日射量急変により太陽光発電装置の発電電力が低下してもパワーコンディショナの停止を防止することができる。

本発明の実施例１に係る蓄電システムの構成ブロック図である。 実施例１に係る蓄電システムの電力平準化を行うための制御装置及び電力変換器の詳細な構成を示す図である。 実施例１に係る蓄電システムのパワーコンディショナ停止を防止するための制御装置及び電力変換器の詳細な構成を示す図である。 実施例１に係る蓄電システムのパワーコンディショナの最大電力点追従制御の電圧と電力とのカーブを示す図である。 本発明の実施例２に係る蓄電システムの電力平準化を行うとともにパワーコンディショナ停止を防止するための制御装置及び電力変換器の詳細な構成を示す図である。 従来の電力変動抑制システムの構成ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態の蓄電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る蓄電システムの構成ブロック図である。蓄電システム１は、太陽光発電装置４とパワーコンディショナ３との間の直流ラインに接続され、日射量の減少によりパワーコンディショナ３が停止することを防止することによりパワーコンディショナ３の効率を改善させる。太陽光発電装置４は、電池モジュールにより構成されるアレイ、ストリングからなる。

また、蓄電システム１は、蓄電デバイス１３を備え、太陽光発電装置４から出力される電力が急峻な変動した場合には電力の平準化を行い、太陽光発電装置４の出力が低下した場合には蓄電デバイス１３から放電を行い、パワーコンディショナ３が停止する回数を低減することで、太陽光発電装置４の発電量を改善し、同時に太陽光発電装置４の電力変動抑制を行う。

蓄電システム１は、太陽光発電装置４の電力が十分に大きくかつ電力変動が大きい場合には、蓄電デバイス１３が電力変動を補償するよう充放電を行い、電力変動抑制を行う。蓄電システム１は、太陽光発電装置４の電力が小さく、パワーコンディショナ３が停止する可能性がある場合には、蓄電デバイス１３からパワーコンディショナ３が停止しない最低限の電力を放電し、パワーコンディショナ３を動作させ続ける。日射量が急変した場合においても、蓄電システム１から放電することでパワーコンディショナ３が停止することを防止する。

以下、蓄電システムの詳細について説明する。蓄電システム１は、図１に示すように、蓄電デバイス１３、蓄電デバイス１３を直流リンクに接続し、蓄電デバイス１３の充放電を制御する電力変換器１１、電力変換器１１を制御する制御装置１２、太陽光発電装置４の出力電圧を検出する電圧検出器１４、太陽光発電装置４の出力電流を検出する電流検出器１５、バイパス回路１６、逆流防止ダイオードＤ１を備えている。逆流防止ダイオードＤ１は、パワーコンディショナ３から太陽光発電装置４へ電流が流れるのを防止する。

蓄電デバイス１３は、鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池、電気二重層キャパシタ、フライホイール等を用いることができる。蓄電デバイス１３として、鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池、電機二重層キャパシタを使用する場合には、電力変換器１１は、直流を直流に変換するＤＣ／ＤＣコンバータが使用される。フライホイールを使用する場合には、電力変換器１１は、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが使用される。

制御装置１２は、電圧検出器１４で検出された太陽光発電装置４の出力電圧と電流検出器１５で検出された太陽光発電装置４の電流とを乗算することにより太陽光発電装置４の発電電力を計算する。また、制御装置１２は、パワーコンディショナ３に入力される電圧と電流とに基づき、パワーコンディショナ３の電力を計算する。

制御装置１２は、計算された太陽光発電装置４の発電電力とパワーコンディショナ３の電力とに基づき、後述するリミッタ及びローパスフィルタを用いて蓄電システム１の充放電のための電流指令値を算出する。

（太陽光発電装置４の発電出力変動抑制制御及びパワーコンディショナ停止防止制御）
次に、太陽光発電装置４の発電特性とパワーコンディショナ３の制御動作を踏まえ、太陽光発電装置４の発電出力変動抑制制御について説明する。

パワーコンディショナ３は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を行う。ＭＰＰＴ）制御は、最大電力点を探査する際に、図４の太陽光発電装置４の発電出力Ｐと電圧Ｖの特性（Ｐ−Ｖカーブ）に示すように、ある時間間隔で電圧値又は電流値を変化させながら電圧値と電流値の乗算である電力値を算出し、前回算出した電力値と比較により最大電力点になるよう制御する。しかし、太陽光発電装置４の発電出力が急激に変化した場合には、ＭＰＰＴ制御が外れ、パワーコンディショナ３が停止してしまう。

このため、蓄電システム１は、太陽光発電装置４の電力値を常時測定して、パワーコンディショナ３が停止しないようにパワーコンディショナ動作範囲となるよう蓄電デバイス１３の放電制御を行い、蓄電デバイス１３の電力残量が十分でない場合には、蓄電デバイス１３への充電制御も行う。

具体的には、図２及び図３に示す制御装置及び電力変換器を使用し、ある時間間隔（サンプリング時間）で太陽光発電装置４の発電電力を測定し、ローパスフィルタとリミッタを用いて蓄電デバイス１３の充放電電力値を決定する。

図３は、パワーコンディショナ３の停止を防止するための制御装置１２ａ及び電力変換器１１ａの詳細な構成を示す図である。

制御装置１２ａは、乗算器１２１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２２、加算器１２３、除算器１２４を備える。電力変換器１１ａは、加算器１２５、ＰＩ（比例積分）部１２６を備える。

乗算器１２１は、電圧検出器１４で検出された太陽光発電装置４の電圧検出値と、電流検出器１５で検出された太陽光発電装置４の電流検出値とを乗算して発電電力を算出する。

ローパスフィルタ１２２は、乗算器１２１からの発電電力の直流成分を含む低域周波数を通過させる。加算器１２３は、ローパスフィルタ１２２からの電力とローパスフィルタ１２２を通過する前の電力との差分電力を得る。これにより、急峻な電力変動を抽出することができる。

除算器１２４は、加算器１２３からの差分電力を蓄電デバイス１３の端子電圧の電圧検出値で除算し、得られた値を蓄電システム１の電流指令値とし、この電流指令値を電力変換器１１ａに出力する。

電力変換器１１ａにおいて、加算器１２５は、除算器１２４からの電流指令値とＰＩ部１２６からの出力とを加算し、ＰＩ部１２６は、加算器１２５からの出力を比例積分して、得られた電流値に基づいて蓄電デバイス１３の電流制御を行う。このように、除算器１２４からの電流指令値に従いＰＩ制御を行うことで、電力の平準化を行うことができる。

図３は、パワーコンディショナ３の停止を防止するための制御装置１２ｂ及び電力変換器１１ｂの詳細な構成を示す図である。制御装置１２ｂは、リミッタ１２７、加算器１２８を備える。電力変換器１１ｂは、加算器１２９、ＰＩ部１３０を備える。

リミッタ１２７は、電流検出器１５で検出された太陽光発電装置４の電流検出値を電流下限値で制限することにより電流指令値を得る。電流下限値は、パワーコンディショナ３の動作が停止する電流値とする。加算器１２８は、リミッタ１２７からの電流指令値とリミッタ１２７を通過する前の電流値との差分を算出し、この差分を蓄電システム１の電流指令値とする。

電力変換器１１ｂにおいて、加算器１２９は、加算器１２８からの電流指令値とＰＩ部１３０からの出力とを加算し、ＰＩ部１３０は、加算器１２９からの出力を比例積分して、得られた電流値に基づいて蓄電デバイス１３の電流制御を行う。

このように実施例１の蓄電システムによれば、制御装置１２は、太陽光発電装置４の出力電流を検出し、検出された電流値をパワーコンディショナ３の動作が停止する電流下限値で制限することにより蓄電デバイス１３の出力電流指令値を得て、電力変換器１１は、制御装置１２で得られた蓄電デバイス１３の出力電流指令値に基づき蓄電デバイス１３の電流制御を行う。

従って、日射量急変により太陽光発電装置４の発電電力が低下してもパワーコンディショナ３の停止を防止することができる。

また、制御装置１２は、ローパスフィルタ１２２で、太陽光発電装置４の出力電力の直流成分を通過させることにより電力平準化のための電力指令値を算出し、算出された電力平準化のための電力指令値を蓄電デバイス１３の端子電圧の電圧検出値で除算することにより蓄電デバイス１３の出力電流指令値を算出する。従って、電力平準化を図ることができる。

また、ローパスフィルタ１２２を用いて算出した電流指令値の後に、リミッタ１２７を設けることで、ローパスフィルタ１２２で感知できない周期で日射量が低下した場合にも、パワーコンディショナ３の停止を防止することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る蓄電システムの電力平準化を行うとともにパワーコンディショナ停止を防止するための制御装置１２ｃ及び電力変換器１１ｃの詳細な構成を示す図である。

実施例２に係る蓄電システムは、蓄電デバイスの出力電流をＰＩ制御することで、電力平準化とパワーコンディショナ３の停止の防止とを行うことを特徴とする。

制御装置１２ｃは、乗算器１２１、ローパスフィルタ１２２、加算器１２３、除算器１２４ａ、加算器１３１、リミッタ１２７ａ、加算器１２８ａ、加算器１３２、除算器１３３、乗算器１３４を備える。電力変換器１１ｃは、加算器１３５、ＰＩ部１３６を備える。

乗算器１２１、ローパスフィルタ１２２及び加算器１２３は、図２に示すそれらと同じであるので、それらの説明は省略する。

除算器１２４ａは、加算器１２３からの差分電力をパワーコンディショナ３の入力電圧検出値で除算し、得られた電流値を電力平準化のための電流指令値とする。加算器１３１は、本発明の加算器に対応し、除算器１２４ａからの電流指令値と電流検出器１５で検出された電流値とを加算することにより、パワーコンディショナ３の入力電流の推定値を得る。

リミッタ１２７ａは、加算器１３１からの電流検出値を下限値で制限することにより、蓄電デバイス１３の出力電流指令値を得る。下限値は、パワーコンディショナ３の動作が停止する下限値とする。加算器１２８ａは、リミッタ１２７ａからの出力電流指令値とリミッタ１２７ａを通過する前の出力電流指令値との差分を算出し、この差分をパワーコンディショナ３の停止を防止するための電流指令値とする。

加算器１３２は、除算器１２４ａからの電力平準化用の電流指令値と加算器１２８ａからのパワーコンディショナ３の停止防止用の電流指令値とを加算する。除算器１３３は、パワーコンディショナ３の入力電圧検出値を蓄電デバイスの電圧検出値で除算する。乗算器１３４は、加算器１３２からの電流指令値に除算器１３３からの出力値を乗算することにより、蓄電デバイス１３の電流指令値を算出する。加算器１３２、除算器１３３、乗算器１３４は、本発明の電流指令値算出部に対応する。

電力変換器１１ｃにおいて、加算器１３５は、乗算器１３４からの電流指令値とＰＩ部１３６からの出力とを加算し、ＰＩ部１３６は、加算器１３５からの出力を比例積分して、得られた電流値に基づいて蓄電デバイス１３の電流制御を行う。

このように実施例２の蓄電システムによれば、実施例１の蓄電システム１の効果が得られるとともに、ローパスフィルタ１２２を用いて算出した電流指令値の後に、リミッタ１２７ａを設けることで、ローパスフィルタ１２２で感知できない周期で日射量が低下した場合にも、パワーコンディショナ３の停止を防止することができる。

なお、太陽光発電装置４の特性上、日射量急減により発電量が減少しても電圧値は大きく変化しないため、蓄電デバイス１３の放電制御は電流値を優先して制御することとなる。

１ 蓄電システム
２ 系統
３ パワーコンディショナ
４ 太陽光発電装置
１１，１１ａ〜１１ｃ 電力変換器
１２，１２ａ〜１２ｃ 制御装置
１３，１３ａ 蓄電デバイス
１４ 電圧検出器
１５ 電流検出器
１６ バイパス回路
１２１ 乗算器
１２２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１２３，１２５，１２８，１２９ 加算器
１２４ 除算器
１２６，１３０ ＰＩ部
１２７ リミッタ

Claims (3)

1. 太陽光発電装置と電力変換を行うパワーコンディショナとの間に接続される蓄電システムであって、
   蓄電デバイスと、
   前記太陽光発電装置の出力電流を検出し、検出された電流値を前記パワーコンディショナの動作が停止する電流下限値で制限することにより前記蓄電デバイスの出力電流指令値を得る制御装置と、
   前記制御装置で得られた前記蓄電デバイスの出力電流指令値に基づき前記蓄電デバイスの電流制御を行う電力変換器と、
   を備えることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記制御装置は、前記太陽光発電装置の出力電力の直流成分を通過させることにより電力平準化のための電力指令値を算出し、算出された電力平準化のための電力指令値を前記蓄電デバイスの端子電圧の電圧検出値で除算することにより前記蓄電デバイスの出力電流指令値を算出することを特徴とする請求項１記載の蓄電システム。
3. 太陽光発電装置と電力変換を行うパワーコンディショナとの間に接続される蓄電システムであって、
   蓄電デバイスと、
   前記蓄電デバイスの出力電流指令値を得る制御装置と、
   前記蓄電デバイスの出力電流指令値に基づいて蓄電デバイスの電流制御を行う電力変換器とを備え、
   前記制御装置は、
   前記太陽光発電装置の出力電力の直流成分を通過させるローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタの出力電力を前記パワーコンディショナの入力電圧で除算することにより電力平準化のための電流指令値を算出する除算器と、
   前記電力平準化のための電流指令値と前記太陽光発電装置の出力電流とを加算することにより前記パワーコンディショナの入力電流の推定値を得る加算器と、
   前記パワーコンディショナの入力電流の推定値を前記パワーコンディショナの動作が停止する電流下限値で制限することにより前記蓄電デバイスの出力電流指令値を得るリミッタと、
   前記リミッタからの出力電流指令値と前記電力平準化のための電流指令値とを加算して得られた電流指令値と前記パワーコンディショナの入力電圧と前記蓄電デバイスの出力電圧とに基づき前記蓄電デバイスの出力電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
   を備えることを特徴とする蓄電システム。
   

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