JP2710736B2 - Power generator - Google Patents

Power generator

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JP2710736B2
JP2710736B2 JP4280171A JP28017192A JP2710736B2 JP 2710736 B2 JP2710736 B2 JP 2710736B2 JP 4280171 A JP4280171 A JP 4280171A JP 28017192 A JP28017192 A JP 28017192A JP 2710736 B2 JP2710736 B2 JP 2710736B2
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solar cell
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は発電装置に関し、より詳
しくは、一般家屋で使用されている低圧系統等の電力系
統に接続される発電装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator , and more particularly to a power generator connected to a power system such as a low-voltage system used in a general house.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、地球温暖化や原発事故による放射
能汚染等によって、環境とエネルギーに対する関心が急
速に高まっている。こうした中で、太陽電池は再生可能
かつ無尽蔵なクリーンエネルギー源として世界中から期
待されている。ところで太陽電池は、当然のことなが
ら、太陽のている昼間しかエネルギーを取り出せな
い。よって太陽電池を安定したエネルギー源として使う
ためには何らかの補助手段が必要である。
2. Description of the Related Art In recent years, interest in the environment and energy has rapidly increased due to global warming and radioactive contamination due to a nuclear accident. Under these circumstances, solar cells are expected from all over the world as renewable and inexhaustible clean energy sources. By the way, solar cells can of course only extract energy during the day when the sun is out . Therefore, some auxiliary means are required to use the solar cell as a stable energy source.

【0003】このような補助手段として最良の方法は、
太陽電池からの直流出力をインバータで交流に変換し、
この交流変換出力を我々が日常使用している商用交流系
統等の電力系統と連系させ、即ち電力系統と併用する方
法である。この方法は、太陽電池を屋根に設置すれば設
置用の土地も不要なため、太陽電池システム普及の本命
と見られている。日本でも、最近になって法制度の整備
が進められ、上記のような系統連系システムが本格的に
実用できるようになってきた。この種の発電装置の一例
を図10に示す。
[0003] The best method for such auxiliary means is
The DC output from the solar cell is converted into alternating current by inverter,
In this method, the AC conversion output is connected to a power system such as a commercial AC system that we use every day, that is, used together with the power system. This method is considered to be a favorite for the spread of the solar cell system, since if the solar cell is installed on the roof, no land for installation is required. In Japan, the development of the legal system has recently been promoted, and the grid interconnection system as described above has become practically available. FIG. 10 shows an example of this type of power generation device .

【0004】図10において、複数の太陽電池を直並列
に組み合わせて作られた太陽電池アレイ1から出力され
る直流電力は、インバータ2を介して交流電力に変換さ
れた後、一般用負荷3と系統連系保護装置4に接続され
る。さらに負荷3とインバータ2には、系統連系装置4
を介して商用電力系統5が接続されている。インバー
は、制御装置6によって太陽電池の最大出力点追跡や
力率を1にするための制御等の指令を受けている。この
発電装置では、一般用負荷3の消費電力がインバータ2
の出力よりも小さいときには余剰分が商用電力系統5に
逆潮流される。また一般用負荷3の消費電力がインバー
タ2の出力よりも大きいときには不足分が商用電力系統
5から供給される。そしてこのような構成の発電装置
用いることで、安定なエネルギー源として太陽電池発電
設備を使用できるわけである。
[0004] In FIG. 10, the DC power outputted a plurality of solar cells from the solar cell array 1 made by combining the series-parallel is converted to AC power via the inverter 2, the general supply load 3 And the system interconnection protection device 4. Furthermore the load 3 and the inverter 2, the grid interconnection device 4
The commercial power system 5 is connected via the. Inverter
Numeral 2 receives commands such as control for tracking the maximum output point of the solar cell and control for setting the power factor to 1 by the control device 6. this
In the power generation apparatus, power consumption of the general supply load 3 is inverter 2
When the output is smaller than the output, the surplus power flows back to the commercial power system 5. In addition, the power consumption of the general load 3
When the output is larger than the output of the power supply 2, the shortage is supplied from the commercial power system 5. By using the power generation device having such a configuration, the solar cell power generation equipment can be used as a stable energy source.

【0005】尚、電力系統の異常は社会全体に大きな影
響を及ぼすため、商用電力系統は電力会社によって、周
波数、電圧、高調波歪等が厳格に維持管理されている。
例えば、一般家庭で使用されている100V系では、電
圧が101±6Vと電気事業法で定められている。当然
のことながら、系統に逆潮流する発電装置も上記電圧範
囲を逸脱しないようにしなければならない。このほかに
も、電力系統に接続される発電装置には、力率を1近く
に維持すること、高調波電流歪率を5%以下に押さえる
こと等の技術的基準が定められている。
[0005] Since an abnormality in the power system has a great effect on the entire society, the frequency, voltage, harmonic distortion, etc. of the commercial power system are strictly maintained and managed by the power company.
For example, in a 100V system used in ordinary households, the voltage is defined as 101 ± 6V by the Electricity Business Law. As a matter of course, the power generator that flows backward into the system must not deviate from the voltage range. In addition, technical standards such as maintaining the power factor close to 1 and suppressing the harmonic current distortion factor to 5% or less are defined for the power generator connected to the power system .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に商用電力系統と発電装置を接続するためには、当然の
ことながら、これらの間で配電線を接続する必要があ
る。また配電線はインピーダンスを有するため、送電の
際に電圧降下を生じることは避けられない。例えば図4
のような系において、商用電力系統13と需要家11の
間には配電線インピーダンス12が存在するため、需要
家11の受電電圧VRは商用電力系統13の系統電圧V
Sよりも下がってしまう。このため、商用電力系統13
の系統電圧VSは、配電線インピーダンス12による電
圧降下分を見込んで少し高めに設定されている。例え
ば、柱上変圧器の低圧側出力は105V設定となってお
り、無負荷時には需要家の受電電圧は105Vとなる。
そして、太陽光発電システムから電力系統に電力を送り
出す場合、この配電線インピーダンスが災いして需要家
受電端での電圧が105Vを超えてしまうことになる。
また例えば、30A消費時に受電電圧が101Vになる
とすると、30Aを逆潮流させると電圧降下分が逆にか
かり、109Vになり許容電圧範囲を超えてしまうこと
になる。
By the way, in order to connect the commercial power system and the generator as described above, it is, of course, necessary to connect a distribution line between them. Further, since the distribution line has impedance, it is inevitable that a voltage drop occurs during power transmission. For example, FIG.
In such a system, since the distribution line impedance 12 exists between the commercial power system 13 and the customer 11, the receiving voltage VR of the customer 11 becomes the system voltage V of the commercial power system 13.
It will be lower than S. Therefore, the commercial power system 13
Is set slightly higher in consideration of the voltage drop due to the distribution line impedance 12. For example, the low voltage side output of the pole transformer is set to 105 V, and the receiving voltage of the consumer becomes 105 V when there is no load.
Then, when power is sent from the photovoltaic power generation system to the power system, the distribution line impedance suffers and the voltage at the customer receiving end exceeds 105 V.
For example, assuming that the received voltage becomes 101 V when 30 A is consumed, if 30 A is reversely flowed, the voltage drop is applied in reverse, and it becomes 109 V, exceeding the allowable voltage range.

【0007】このような不都合を発電装置側で防ぐため
に最も簡単な方法は、太陽電池から発生する電流を抑制
する方法である。ところがこの方法は、太陽から受けた
エネルギーを有効利用するという観点からみれば問題が
ある。太陽エネルギーの一部を捨ててしまうことになる
からである。
[0007] The simplest method for preventing such inconvenience on the power generation device side is a method of suppressing the current generated from the solar cell. However, this method has a problem from the viewpoint of effectively utilizing the energy received from the sun. This is because some of the solar energy will be thrown away.

【0008】第2の方法としては、電力中央研究所で提
案されている進相電力注入方式がある。この方式は効果
があるけれど、出力皮相電力を大きくする必要があるた
め、インバータの容量をげなければならず、このため
過電流保護機能に悪影響をもたらすおそれがあるし、ま
た当然のことながら力率を下げてしまうことになる。即
ち電力中央研究所の試算によれば、3KWの有効電力を
標準的な低圧系統に送り込み、かつ電圧を107V以下
とするには、3Kvarもの無効電力を必要とする。こ
のときの皮相電力は4.2KVAとなる。そして出力電
流は42Aなので、少なくともこの範囲までは過電流保
護機能を働かせられないことになる。本来なら、3KW
に対する電流は30Aであるから、その10%増しであ
る33Aぐらいで過電流保護機能を働かせるべきであ
る。また、このときの力率は、0.7程度に低下する。
このため、配電線には設計よりも大きな電流の流れる可
能性があり、配電線に負担をかけることになる。
As a second method, there is an advanced phase power injection method proposed by the Central Research Institute of Electric Power Industry. Although this method is effective, it is necessary to increase the output apparent power, must above up without the capacity of the inverter, to which may result in a negative impact on the order overcurrent protection function, also be appreciated However, the power factor is lowered. That is, according to a calculation by the Central Research Institute of Electric Power Industry, in order to send 3 KW of active power to a standard low-voltage system and reduce the voltage to 107 V or less, 3 Kvar of reactive power is required. The apparent power at this time is 4.2 KVA. Since the output current is 42 A, the overcurrent protection function cannot be activated at least up to this range. Originally 3KW
Is about 30 A, so the overcurrent protection function should be activated at about 33 A, which is a 10% increase. Also, the power factor at this time drops to about 0.7.
For this reason, there is a possibility that a larger current flows through the distribution line than the design, and this places a burden on the distribution line.

【0009】上記電圧維持問題をさらに複雑にしている
ものがある。それは、電力系統の電圧の不安定さであ
る。電力系統は、すべての需要家に対して電圧維持を行
うために、需要の変化に対応して発変電所の開閉等で対
処している。このため電力系統の電圧は一定しておら
ず、時々刻々と変化している。本発明者が測定したある
一日の電力系統における電圧の実測値を図5に示す。矢
印Aのところでは、系統の電圧が法定上限107Vに達
しており、この時点では系統に電力を送り込むと電圧は
上限値を超えてしまうことは明らかである。
Some complicate the above voltage maintenance problem. That is the voltage instability of the power system. In order to maintain the voltage for all consumers, the power system responds to changes in demand by opening and closing substations and the like. For this reason, the voltage of the power system is not constant, but is constantly changing. FIG. 5 shows the measured values of the voltage in the power system for one day measured by the inventor. At the point indicated by the arrow A, the voltage of the system has reached the legal upper limit of 107 V. At this point, it is clear that when power is supplied to the system, the voltage exceeds the upper limit.

【0010】上述してきたように、受電端電圧を法定値
内に維持したまま、太陽電池の出力電力のすべてを無駄
なく有効利用することが、既存の発電装置では困難であ
った。
As described above, it has been difficult for existing power generators to effectively and effectively use all of the output power of the solar cell while maintaining the receiving end voltage within the legal value.

【0011】本発明は上記問題に鑑みなされたもので、
電力系統の電圧が高い時でも受電端における電圧を正常
値に維持したまま、太陽電池の出力を有効利用する発電
装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems,
Power generation that effectively uses the output of solar cells while maintaining the voltage at the receiving end at a normal value even when the voltage of the power system is high
It is intended to provide a device .

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の発電装置は、太
陽電池と、該太陽電池の直流出力を交流出力に変換し、
負荷を有する電力系統に接続させた第1のインバータ
と、該第1のインバータからの交流出力を変換する第2
のインバータと、該第2のインバータからの出力を蓄電
する蓄電手段とを備え、該第1のインバータからの出力
値が所定値を越えた時には、該第1のインバータからの
交流出力を該第2のインバータに入力し、該入力を変換
し、次いで該変換による出力を該蓄電手段に充電するこ
とによって、該第1のインバータからの出力が最大電力
点追従制御されるように、該第1のインバータを制御
し、該第1のインバータからの出力値が該所定値以下の
時には、該蓄電手段に充電された電力を放電させ、該放
電の電力を該第2のインバータ によって変換し、該電力
系統に出力させる手段を有することを特徴している。
The power generation device of the present invention has a large thickness.
A solar cell and convert the DC output of the solar cell into an AC output,
First inverter connected to a power system having a load
And a second converter for converting an AC output from the first inverter.
And the output from the second inverter is stored.
And an output from the first inverter.
When the value exceeds a predetermined value, the signal from the first inverter
AC output is input to the second inverter and the input is converted
And then charging the storage means with the output from the conversion.
And the output from the first inverter is the maximum power
The first inverter is controlled so that point-following control is performed.
And an output value from the first inverter is equal to or less than the predetermined value.
At times, the power stored in the power storage means is discharged, and
Converting the electric power of the electric power by the second inverter ;
It is characterized by having means for outputting to a system.

【0013】[0013]

【作用】本発明の発電装置では、インバータの出力電圧
すなわち受電端の電圧が法定上限値に達したとき、蓄電
手段に電気エネルギーを蓄えはじめ。このため、電力
系統に逆潮流される電力が減少し、電圧上昇を防ぐこと
ができる。また電力系統の電圧が下がったときには蓄電
した電気を放電して、この蓄えたエネルギーを電力系統
に出力する。したがって、上記蓄電の際には、太陽電池
の出力を抑制する必要がないため、太陽エネルギーを有
効に利用できる。
[Action] In the power generation apparatus of the present invention, when the voltage of the output voltage, that is the receiving end of the inverter has reached the legal limit, that began stored electrical energy in the power storage means. For this reason, the power flowing backward to the power system is reduced, and a voltage rise can be prevented. When the voltage of the power system drops, the stored electricity is discharged, and the stored energy is output to the power system. Therefore, at the time of the power storage, it is not necessary to suppress the output of the solar cell, so that solar energy can be effectively used.

【0014】よって、本発明によれば、法定電圧範囲を
維持したまま太陽エネルギーを有効利用できる。そして
電力系統に大量の進相無効電力を流入しなくてもよいか
ら、過電流保護機能等に悪影響を与えることもなく、ま
た配電線に負担をかけることもない。特に、本発明の発
電装置による構成は、従来の発電装置に外付けしてえら
れることから、従来の発電装置を破棄することなく有効
に活用しながら、太陽エネルギーの利用効率を向上でき
る。そのため、安価な導入が可能である。また、蓄電手
段への充電中であっても、太陽電池又は第1のインバー
タを保守交換することができる。
Therefore, according to the present invention, solar energy can be effectively used while maintaining the legal voltage range. Since a large amount of phase leading reactive power does not need to flow into the power system, there is no adverse effect on the overcurrent protection function and the like, and no load is imposed on the distribution line. In particular, the invention of the present invention
The configuration using power generators is
Is effective without destroying existing power generators
While improving solar energy utilization efficiency.
You. Therefore, inexpensive introduction is possible. Also, electricity storage
Solar cell or first invar even while charging the stage
Can be replaced for maintenance.

【0015】尚、本発明では電力系統の電圧の高いとき
に蓄電手段に蓄電するという制御方式なので、蓄電手段
に使用する二次電池等は比較的小容量のもので良く、大
容量の高価なものを用いずとも良い。
In the present invention, since the control method is such that the power is stored in the power storage means when the voltage of the power system is high, the secondary battery or the like used for the power storage means may have a relatively small capacity, and may have a large capacity and an expensive capacity. It is not necessary to use a thing.

【0016】[0016]

【実施例】以下では、本発明を実施例及び参考例に基づ
き詳細に説明する。 (参考例1) 図1に本発明の参考例1発電装置を示した。太陽電池
アレイ(太陽電池)1から発生した直流出力は、蓄電手
段7ならびにインバータ2に接続されている。蓄電手段
7は、充放電インターフェース71とは二次電池72で
構成されている。充放電インターフェース71の役割
は、二次電池72と太陽電池アレイ1との電圧整合をと
ること、並びに二次電池の充放電を制御することにあ
る。太陽電池から最大の出力電力を取り出すための電圧
は、その時の気象条件で概ね定まっている。一方、二次
電池72の充電に必要な電圧も、電池の種類、及び電池
の残量、温度等によってほぼ決まっている。無論、この
2つの電圧の差がなるだけ小さくするように設計時に太
陽電池並びに二次電池の直列数を工夫しておくべきであ
るが、太陽電池の最大電力点の気象条件等による電圧変
化は大きく、それに対して鉛電池等の二次電池の充電電
圧の変化は小さいため、整合が取りにくい。従って電圧
整合なしでこれらの電池を直結しても、一応本発明の意
図は達せられるが、電圧不整合による若干の効率低下が
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter , the present invention will be described in detail based on embodiments and reference examples . ( Reference Example 1 ) FIG. 1 shows a power generator according to Reference Example 1 of the present invention. DC output generated from the solar cell array (solar cell) 1 is connected to storage means 7 and the inverter 2. The power storage means 7 includes a charge / discharge interface 71 and a secondary battery 72. The role of the charging / discharging interface 71 is to perform voltage matching between the secondary battery 72 and the solar cell array 1 and to control charging and discharging of the secondary battery. The voltage for extracting the maximum output power from the solar cell is generally determined by the weather conditions at that time. On the other hand, the voltage required for charging the secondary battery 72 is also substantially determined by the type of the battery, the remaining amount of the battery, the temperature, and the like. Of course, the number of series solar cells and secondary batteries should be devised at the time of design so that the difference between these two voltages is as small as possible. Since the change in the charging voltage of a secondary battery such as a lead battery is small, matching is difficult. Therefore, even if these batteries are directly connected without voltage matching, the purpose of the present invention can be achieved, but there is a slight reduction in efficiency due to voltage mismatch.

【0017】充放電インターフェース71は、通常は、
電圧ステップアップ及びステップダウンの双方が可能な
DC/DCコンバータで構成される。このようなDC/
DCコンバータの原理図を図6に示す。スイッチ32を
開閉することで、インダクタンス33に磁気エネルギー
を蓄えて、これを電源として負荷に供給するものであ
る。そしてスイッチ32のデューティ比を制御すること
で出力の電圧を制御できる。本例の発電装置は、制御装
置6によって充放電インターフェース71を制御する。
また二次電池72としては、ニッカド電池、鉛電池、リ
チウム二次電池、ニッケル水素電池等が使用できる。
The charge / discharge interface 71 is usually
Both the voltage step-up and step-down is composed of DC / DC converter capable. DC /
The principle diagram of a DC converter shown in FIG. 6. By opening and closing the switch 32, magnetic energy is stored in the inductance 33 and supplied to the load as a power source. The output voltage can be controlled by controlling the duty ratio of the switch 32. In the power generation device of this example , the control device 6 controls the charge / discharge interface 71.
As the secondary battery 72, a nickel-cadmium battery, a lead battery, a lithium secondary battery, a nickel-metal hydride battery, or the like can be used.

【0018】図7は、参考例1の用いられるインバー
の一例である。太陽電池アレイ1から出力される直流
電力は、直流フィルタ21を通じてスイッチング部22
に供給され交流フィルタ23を通じて電力系統へ連系さ
れる。ここで、直流フィルタ21は、日射の急変等によ
る出力の急変を補償するためのもので、高耐圧大容量の
アルミ電解コンデンサ等が使用される。またスイッチン
グ部22は、直流入力の正負を切り替えて負荷に供給す
る働きをもち、直流−交流変換の本質を担う部分であ
る。この直流−交流変換部分については、種々の方法が
提案されているが、低圧の系統連系用としては電圧型電
流制御PWM方式が主流となっている。この方式は、高
調波歪の非常に少ない出力波形が得られるという特徴が
ある。またスイッチング部に用いられる素子としては、
パワートランジスタ、パワーMOSFET,IGBT,
SIT、サイリスタ、GTO等がある。現在は、数KW
程度の出力容量ではパワートランジスタ、MOSFE
T,IGBT等の自己消弧型でスイッチング周波数を高
くとれるものが使用されている。
[0018] FIG. 7, the inverter to be used of Reference Example 1
2 is an example. The DC power output from the solar cell array 1 is passed through a DC filter 21 to a switching unit 22.
And is connected to the power system through the AC filter 23. Here, the DC filter 21 is for compensating for a sudden change in output due to a sudden change in solar radiation or the like, and an aluminum electrolytic capacitor having a high withstand voltage and a large capacity is used. The switching unit 22 has a function of switching the DC input between positive and negative and supplying the load to the load, and is a part that plays a role of DC-AC conversion. Various methods have been proposed for the DC-AC conversion part, but a voltage-type current control PWM method is mainly used for low-voltage system interconnection. This method is characterized in that an output waveform with very little harmonic distortion can be obtained. The elements used in the switching unit include:
Power transistor, power MOSFET, IGBT,
There are SIT, thyristor, GTO and the like. Currently, several KW
Power transistor, MOSFE
A self-extinguishing type, such as T or IGBT, capable of increasing the switching frequency is used.

【0019】インバータ2の出力は、一般用負荷3およ
び連系保護装置4に接続され、連系保護装置4を介し
て、商用電力系統5に接続されている。連系保護装置4
は、過電流等の異常時において太陽発電システムと商用
電力系統5の接続を遮断する働きを持つ。
The output of the inverter 2 is connected to the general supply load 3 and interconnection protection device 4, via the interconnection protection device 4 is connected to a commercial power system 5. Interconnection protection device 4
Has a function of cutting off the connection between the solar power generation system and the commercial power system 5 in the event of an abnormality such as an overcurrent.

【0020】また制御装置6によって、充放電インター
フェース71およびインバータ2の制御がなされる。制
御装置6は、太陽電池アレイ1の出力電圧や電流、イン
バータ2の出力電流出力電圧力率、二次電池72の
電圧や電流あるいは残量等を入力情報としてシステム全
体を制御する。特に本発明において重要な情報は、イン
バータ2の出力電圧、および太陽電池アレイ1の出力電
圧や出力電流、電池の残量である。少なくとも、この4
つの情報がないと本発明の目的を達成することができな
い。制御装置6は、マイクロコンピュータ及びその周辺
インターフェース素子から構成されている。たとえば、
マイコンとしてはZ80,8086,V30,6800
0等があげられ、周辺インターフェースとしてはパラレ
ルインターフェースやDMA,A/Dコンバーター等が
あげられる。尚、参考例1では制御システムはデジタル
制御系で構成したが、アナログ系でも構成しても何等支
障はない。尚、制御手段8で、連系保護装置4を制御す
ることも可能である。
[0020] the control device 6, controls the charge and discharge interface 71 and inverter 2 is made. The control device 6, the system output voltage and current of the solar cell array 1, the output current in the <br/> bar motor 2, the output voltage, power factor, voltage, current or residual quantity of the secondary battery 72 as input information Take control of the whole. Particularly important information in the present invention, the output voltage of the in-<br/> bar motor 2, and the output voltage or the output current of the solar cell array 1, a remaining amount of battery. At least this 4
Without this information, the object of the present invention cannot be achieved. The control device 6 comprises a microcomputer and its peripheral interface elements. For example,
As a microcomputer, Z80, 8086, V30, 6800
0 and the like, and the peripheral interface includes a parallel interface, a DMA, an A / D converter, and the like. In the first embodiment , the control system is constituted by a digital control system, but there is no problem even if the control system is constituted by an analog system. The control means 8 can also control the interconnection protection device 4.

【0021】次に、以上の構成である参考例1の動作に
ついて説明する。太陽が昇り、光が太陽電池に入射する
と、太陽電池アレイ1に起電力が発生する。制御装置6
は、太陽電池アレイ1の電圧を検出し、次に商用電力系
統5の状態を調べる。商用電力系統5の状態に異常がな
ければ、インバータ2のスイッチング手段を開閉させ、
直流交流変換を行い、商用電力系統5にエネルギーを流
出させる。この状態で、太陽電池アレイ1の出力電力が
最大になるように、上記スイッチング手段のデューティ
比を変化させて、太陽電池アレイ1から最大出力を取り
出すようにする。この時の出力電流の位相は出力電圧位
相と合うように制御され、ほぼ力率が1に保たれる。
Next, the operation of the first embodiment having the above configuration will be described. When the sun rises and light enters the solar cell, an electromotive force is generated in the solar cell array 1. Control device 6
Detects the voltage of the solar cell array 1 and then checks the state of the commercial power system 5. If there is no abnormality in the state of the commercial power system 5, to open and close the switching means inverter 2,
DC / AC conversion is performed, and energy is discharged to the commercial power system 5. In this state, the maximum output is extracted from the solar cell array 1 by changing the duty ratio of the switching means so that the output power of the solar cell array 1 becomes maximum. At this time, the phase of the output current is controlled so as to match the output voltage phase, and the power factor is kept substantially at 1.

【0022】この時点で、インバータ2の出力電圧が法
定値以内なら、運転を継続する。またインバータ2の出
力電圧が法定値を超えている場合は、制御装置6は充放
電インターフェース71に対して充電指令を出し、あら
かじめ放電させてあった二次電池72の充電を開始す
る。この際、太陽電池アレイ1の最大出力点を維持した
ままでインバータ2の出力電力を下げ、即ち電圧が法定
値まで下がるようにインバータ2および充放電インター
フェース71のスイッチング手段を同期させて制御す
る。さらに、この同期制御において法定電圧まで下がら
ない場合には、インバータ2の動作を止めて、太陽電池
アレイ1の出力を全部充電に振り向ける。このような充
電動作は、系統電圧が法定上限値から数V下がるまで続
けられる。標準的な低圧配電線の場合には、逆潮流させ
る電力にもよるが、3から5V程度下がるまで充電動作
を続けるのが望ましい。電力系統の電圧は時々刻々と変
化しており、また、日射量の変動もあるから、電圧の高
い状態は、そう長くは続かず、せいぜい30分以内であ
る。従って、本発明に用いられる二次電池の容量は比較
的小容量で十分であり、例えば最大出力1KWの太陽電
池に対して500Whの容量があれば良い。これは、放
電深度を100%とした場合、自動車用バッテリー1個
分に相当する。当然のことながら、二次電池は、放電深
度100%では寿命が極端に短くなるから、もう少し容
量は必要であるが、巨大なバッテリーが必要ないのは明
らかである。尚、充電動作中に満充電状態に達し、かつ
系統の電圧が下がっていないときには、充電動作も止
め、システムは系統電圧が下がるまで待機状態になる。
[0022] At this point, the output voltage of the inverter 2 if within legal value, to continue the operation. In the case where the output voltage of the inverter 2 exceeds the legal value, the control unit 6 issues a charge command to the charging and discharging interface 71, to start charging of the secondary battery 72 which had been allowed to advance discharged. At this time, lower the output power of the inverter 2 while maintaining the maximum output point of the solar cell array 1, i.e., voltage to synchronize the switching means inverter 2 and charge and discharge interface 71 so down to the legal value control I do. Furthermore, if not reduced to legal voltage in the synchronous control, to stop the operation of the inverter 2, revert to all charge the output of the solar cell array 1. Such a charging operation is continued until the system voltage drops by several volts from the legal upper limit. In the case of a standard low-voltage distribution line, it is desirable to continue the charging operation until the voltage drops by about 3 to 5 V, though it depends on the power flowing backward. Since the voltage of the power system changes every moment and the amount of solar radiation fluctuates, the state where the voltage is high does not last so long, and is at most within 30 minutes. Therefore, a relatively small capacity of the secondary battery used in the present invention is sufficient, for example, a capacity of 500 Wh for a solar cell having a maximum output of 1 kW. This corresponds to one automobile battery when the depth of discharge is 100%. As a matter of course, the secondary battery has a very short life at a depth of discharge of 100%, and therefore requires a little more capacity, but it is clear that a huge battery is not required. Note that when the battery reaches a fully charged state during the charging operation and the voltage of the system has not decreased, the charging operation is also stopped, and the system enters a standby state until the system voltage decreases.

【0023】一方、受電電圧が下がり、且つ太陽電池ア
レイ1からの出力電力が十分に小さくなった時には、先
ほど充電した二次電池72から充放電インターフェース
71を介してインバータ2に直流電力を送り込む。イン
バータ2は、太陽電池アレイ1の出力と二次電池72か
らの出力を合わせて、商用電力系統5に電力を逆潮流さ
せる。この動作は、二次電池72の残量が空となるまで
続けられる。但し、動作中に受電電圧が法定値上限を超
えた場合には、再び充電動作に入る。
Meanwhile, lower the incoming voltage, and when the output power from the solar cell array 1 is sufficiently small, feeds DC power to the inverter 2 through the discharge interface 71 from the secondary battery 72 that was just charged . In <br/> bar motor 2, the combined output from the output and the rechargeable battery 72 of the solar cell array 1, thereby backward flow power to the commercial power system 5. This operation is continued until the remaining amount of the secondary battery 72 becomes empty. However, if the receiving voltage exceeds the legal upper limit during operation, the charging operation starts again.

【0024】また参考例1発電装置の動作例を図8に
示す。図8において、実線Aは参考例1発電装置の受
電電圧を表す。実線Bは参考例1発電装置における太
陽電池アレイの発電電力であり、また横軸は時刻を表し
ている。そして参考例1発電装置では、受電電圧が法
定値に保たれ、且つ力率も落ちず、従って太陽電池アレ
イの出力電力が有効利用されていることがわかる。
FIG. 8 shows an operation example of the power generation device of the first embodiment. In FIG. 8, a solid line A represents a receiving voltage of the power generation device of Reference Example 1 . The solid line B represents the power generated by the solar cell array in the power generation device of Reference Example 1 , and the horizontal axis represents time. In the power generation device of Reference Example 1 , the received voltage is maintained at the legal value, the power factor does not decrease, and it can be seen that the output power of the solar cell array is effectively used.

【0025】一方、太陽電池(太陽電池アレイ)から発
生する電力を抑制するタイプの従来の発電装置の動作を
図9に示す。図9では、実線Aで示した受電電圧が上が
ったときには、実線Bで示した太陽電池の出力が抑制さ
れ、このため斜線で示した太陽電池が出し得る出力分を
捨ててしまっていることがわかる。これに対し、参考例
発電装置では、図9の斜線部に相当するエネルギー
は、二次電池に蓄えられる。
On the other hand, FIG. 9 shows the operation of a conventional power generation device of the type that suppresses the power generated from a solar cell (solar cell array). In FIG. 9, when the receiving voltage shown by the solid line A rises, the output of the solar cell shown by the solid line B is suppressed, and the output that the solar cell shown by the diagonal line can output is discarded. Recognize. In contrast, the reference example
In the power generation device of No. 1 , the energy corresponding to the hatched portion in FIG. 9 is stored in the secondary battery.

【0026】(実施例) 本発明の実施例のシステム構成を図2に示す。この実
施例の特徴は、充放電インターフェース71と二次電
池72がインバータ2の出力側に配置されていることに
ある。このような構成では、充放電インターフェース
は、インバータの機能を持つ必要がある。この構成で
は、蓄電手段7は、太陽電池用のインバータ2とは別の
独立した制御系を持っても良い。即ち、従来型の発電装
に外付けして、本発明の発電装置となすことができる
という特徴がある。すなわち、受電電圧を監視する機能
と充放電を制御する機能を充放電インターフェース71
に持ち、太陽電池の最大電力点追従制御をインバータ2
の制御装置6に持たせれば良い。このような「外付け
型」の構成でも、本発明の目的を完全に達成できる。
Embodiment 1 FIG. 2 shows a system configuration of Embodiment 1 of the present invention. The feature of this first embodiment is that the charge and discharge interface 71 and the secondary battery 72 is arranged on the output side of the inverter 2. In such a configuration, the charge / discharge interface 7
1, there is a need to have the functionality of the inverter. In this configuration, the power storage unit 7 may have another independent control system and the inverter 2 for a solar cell. That is, conventional power generation equipment
There is a feature that the power generation device of the present invention can be externally attached to a device . That is, the function of monitoring the receiving voltage and the function of controlling the charge / discharge are provided by the charge / discharge interface 71.
To have, inverter 2 the maximum power point tracking control of solar cells
May be provided to the control device 6. The object of the present invention can be completely achieved even with such an “external type” configuration.

【0027】(参考例2) 図3に本発明の参考例2に示す。この参考例2では、充
放電インターフェース71は単純なスイッチであり、ま
た二次電池72としてかなり乱暴な充放電に耐えるニッ
カド電池を採用している。参考例2においては、充放電
インターフェース71が単純なスイッチであるため、き
わめて安価に発電装置を構成できるという特徴がある。
即ち、受電電圧が上昇したときには、この充放電インタ
ーフェース71からなるスイッチを閉じて蓄電池を充電
する。このとき、受電電圧が下がるようにインバータ2
の出力は絞られ、同時に太陽電池アレイ1の出力電圧は
高くなり、電池への充電量が増える。また受電電圧が下
がり、太陽電池アレイ1の出力が小さくなったときに、
二次電池72からエネルギーを放電させる。即ち、イン
バータ2の出力を上げて、電池からエネルギーを吸い上
げる。
( Reference Example 2 ) FIG. 3 shows Reference Example 2 of the present invention. In the reference example 2 , the charging / discharging interface 71 is a simple switch, and a nickel-cadmium battery that can withstand quite rough charging / discharging is used as the secondary battery 72. In the reference example 2 , since the charge / discharge interface 71 is a simple switch, there is a feature that the power generation device can be configured at very low cost.
That is, when the receiving voltage rises, charges the battery by closing a switch consisting of the charge and discharge interface <br/>-safe E over scan 71. At this time, as the receiving voltage drops inverter 2
Is reduced, and at the same time, the output voltage of the solar cell array 1 increases, and the amount of charge to the battery increases. Also, when the receiving voltage decreases and the output of the solar cell array 1 decreases,
The energy is discharged from the secondary battery 72. That is, by raising the output of the in-<br/> bar motor 2, suck up energy from the battery.

【0028】尚、この方法では、二次電池72の充電電
圧を太陽電池の最大動作点付近に選ばないと、発電装置
の効率が下がったり、あるいは二次電池72の寿命を縮
めたりすることがある。このため二次電池72は慎重に
選定する必要がある。また例えば、リチウム二次電池は
シビアな充放電管理が必要であるため、参考例2のよう
な場合には使わない方がよい。
In this method, if the charging voltage of the secondary battery 72 is not selected near the maximum operating point of the solar cell, the efficiency of the power generator is reduced or the life of the secondary battery 72 is shortened. Sometimes. Therefore, it is necessary to carefully select the secondary battery 72. Further, for example, since a lithium secondary battery requires severe charge / discharge management, it is better not to use it in the case of Reference Example 2 .

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の通り、本発明の発電装置によれ
ば、以下のような効果を奏する。電力系統の電圧が高い
時でも受電端の電圧を正常に維持したままで太陽電池の
出力を有効利用する。
As described above, according to the power generator of the present invention, the following effects can be obtained. Even when the voltage of the power system is high, the output of the solar cell is effectively used while maintaining the voltage at the receiving end normally.

【0030】(1)系統系統の電圧が高い時に蓄電手段
に電気を蓄えることで、インバータの出力電圧が法定値
を超えることが防止される。これにより、発電装置の出
力電圧を法定値内に維持したまま、太陽電池を最大出力
点で運転でき、このため太陽エネルギーを有効に利用す
ることができる。
[0030] (1) By storing electricity in the electric storage means when the voltage of the system the system is high, the output voltage of the inverter is prevented from exceeding the legal values. Thereby, the solar cell can be operated at the maximum output point while maintaining the output voltage of the power generation device within the legal value, so that the solar energy can be used effectively.

【0031】(2)電圧維持のために電力系統に対して
進相無効電力を注入することがないので、インバータの
容量を増加させる必要がない。また進相無効電力を注入
しないので、力率が下がらず、配電線に負担をかけな
い。更に出力電流を増やさなくともよいので過電流保護
機能にも悪影響を与えない。
[0031] (2) Since there is no injecting fast reactive power to the power system for voltage maintenance, there is no need to increase the <br/> capacity inverter. In addition, since the leading phase reactive power is not injected, the power factor does not decrease and the distribution line is not burdened. Further, since the output current does not need to be increased, the overcurrent protection function is not adversely affected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の参考例1発電装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a power generator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例発電装置の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a power generator according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】本発明の参考例2発電装置の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a power generator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】発電装置における受電時、並びに逆潮流時の受
電電圧の変化の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a change in received voltage at the time of power reception and at the time of reverse power flow in the power generation device .

【図5】電力系統における電圧変動データの一例を示し
たグラフである。
FIG. 5 is a graph showing an example of voltage fluctuation data in a power system.

【図6】実施例および参考例に使用される充放電インタ
ーフェースを構成するDC/DCコンバータの原理を示
した説明図である。
6 is an explanatory view showing the principle of the Examples and the DC / DC converter constituting the charging and discharging interface used in Reference Example.

【図7】実施例および参考例で使用されるインバータの
構成の一例を示した説明図である。
7 is an explanatory diagram showing an example of <br/> configuration of inverter used in the Examples and Reference Examples.

【図8】本発明の発電装置の動作を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the operation of the power generator according to the present invention.

【図9】従来の発電装置の動作を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the operation of a conventional power generator .

【図10】発電装置の従来例を示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a conventional example of a power generator .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 太陽電池アレイ2 インバータ、3 一般
用負荷4 連系保護装置5 商用電力系統
制御装置7 蓄電手段71 充放電インタ
ーフェース72 蓄電池11 需要家12
配電線インピーダンス13 商用電力系統31
直流電源32 スイッチング手段33 イ
ンダクタンス34 ダイオード35 コンデン
36 負荷VR 受電電圧VS 系統電
1 the solar cell array, 2 inverter, 3 OTC load, quadruple system protection device 5 commercial power system, 6
Control device , 7 power storage means , 71 charge / discharge interface , 72 storage battery , 11 consumer , 12
Distribution line impedance , 13 commercial power system , 31
DC power supply , 32 switching means , 33 inductance , 34 diode , 35 capacitor , 36 load , VR receiving voltage , VS system voltage .

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 太陽電池と、該太陽電池の直流出力を交
流出力に変換し、負荷を有する電力系統に接続させた第
1のインバータと、該第1のインバータからの交流出力
を変換する第2のインバータと、該第2のインバータか
らの出力を蓄電する蓄電手段とを備え、該第1のインバ
ータからの出力値が所定値を越えた時には、該第1のイ
ンバータからの交流出力を該第2のインバータに入力
し、該入力を変換し、次いで該変換による出力を該蓄電
手段に充電することによって、該第1のインバータから
の出力が最大電力点追従制御されるように、該第1のイ
ンバータを制御し、該第1のインバータからの出力値が
該所定値以下の時には、該蓄電手段に充電された電力を
放電させ、該放電の電力を該第2のインバータによって
変換し、該電力系統に出力させる手段を有することを特
徴とする発電装置。
1. A solar cell and a DC output of the solar cell are exchanged.
To a power output and connected to a power system with a load.
An inverter and an AC output from the first inverter
And a second inverter for converting the
Power storage means for storing the output of the first inverter.
When the output value from the data exceeds a predetermined value, the first
AC output from the inverter is input to the second inverter
Converting the input, and then converting the output from the
Charging the means, from the first inverter
So that the output of the first power point is controlled to follow the maximum power point.
Control the inverter, and the output value from the first inverter is
When the voltage is equal to or less than the predetermined value, the electric power charged in the power storage unit is
Discharging, and discharging the electric power by the second inverter.
Conversion means for output to the power system.
Power generator
【請求項2】 前記蓄電手段は、ニッカド電池、鉛電
池、リチウム電池、ニッケル水素電池の少なくとも一つ
であることを特徴とする請求項記載の発電装置。
Wherein said electrical storage means, nickel-cadmium battery, lead battery, a lithium battery, power generating apparatus according to claim 1, wherein the at least one of the nickel hydrogen battery.
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