JP3796460B2

JP3796460B2 - Power conditioner for photovoltaic system

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Publication number: JP3796460B2
Application number: JP2002091886A
Authority: JP
Inventors: 司竹林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003289626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は太陽光発電システム用パワーコンディショナに関し、特に、太陽電池から電力を受け、交流電力に変換するパワーコンディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は太陽光が照射されている限り、直流電源として動作し、直流電力を出力する。太陽電池は２次電池など他のエネルギー源を介在しなくてもそれのみで直流電力を出力でき、有害な物質を排出しないため、シンプルでクリーンなエネルギー源として知られている。
【０００３】
従来の太陽光発電システムにおいては、複数枚の太陽電池モジュールを直列に接続してストリングとし、さらに、複数のストリングを並列に接続して、太陽電池アレイを構成し、この太陽電池が発生する直流電力はパワーコンディショナにおいて交流電力に変換され、一般交流負荷、あるいは既存の商用電力系統に電力が供給される。パワーコンディショナにおいては、複数の太陽電池ストリングが接続機能を有した外部装置である接続箱を介して接続される。
【０００４】
また、太陽電池アレイには直列接続された標準枚数の太陽電池モジュールで構成された標準太陽電池ストリングと直列接続された標準枚数未満の太陽電池モジュールで構成された非標準的なストリングが含まれる。
【０００５】
たとえば、住宅の屋根上に太陽電池アレイを設置する場合、屋根の形状や面積によっては日射量の最も多い屋根の南面だけに太陽電池モジュールを配置して、太陽電池アレイを構成することができない場合がある。屋根の南面に配置されなかった太陽電池モジュールは屋根の西面，東面にも配置されて太陽電池ストリングを構成したり、屋根の南面の主要部上に太陽電池モジュールを配置した後の周辺の残余領域に配置された小型の太陽電池モジュールをも含めて太陽電池ストリングが構成される場合などがある。すなわち、いくつかの太陽電池ストリングに含まれる太陽電池モジュールの直列枚数が他の太陽電池ストリングに比べて異なる場合があり、その場合、太陽電池ストリング間で出力電圧が異なることになる。
【０００６】
標準直列枚数の太陽電池モジュールを構成される太陽電池ストリングと、標準直列枚数未満の太陽電池モジュールで構成される太陽電池ストリングとがパワーコンディショナに並列に接続される場合、それぞれの最大電力となる動作電圧が異なるため、合成される電圧−電力特性に基づいて、パワーコンディショナが最大電力点追従制御を行っても、それぞれの最大電力を足し合わした電力を出力されず、太陽電池の発電電力を最大限有効活用できない。このような場合、パワーコンディショナの前段に昇圧ユニットを設け、標準直列枚数未満の太陽電池ストリングの出力電圧を標準直列枚数の太陽電池に合わせることにより、太陽電池の発電電力の有効活用が可能となる。
【０００７】
図３は、そのような太陽光発電システムの構成を示す回路ブロック図であり、図４は図３に示した昇圧制御部の具体的なブロック図である。
【０００８】
図３において、この太陽光発電システムは、標準太陽電池ストリング３１ａ，非標準太陽電池ストリング３１ｂ，昇圧ユニット３２，接続箱４０，パワーコンディショナ４５を備える。図３には図面の簡略化のために２つの太陽電池ストリングのみが示されているが、通常はさらに多くの太陽電池ストリングが含まれることは言うまでもない。
【０００９】
標準太陽電池ストリング３１ａは接続箱４０を介してパワーコンディショナ４５に接続され、他方、非標準太陽電池ストリング３１ｂは昇圧ユニット３２および接続箱４０を介してパワーコンディショナ４５に接続される。
【００１０】
昇圧ユニット３２は昇圧回路，ゲートドライブ回路，制御回路，電源回路を含み、昇圧回路３３はリアクトル３４，トランジスタ３５，ダイオード３６，３７，コンデンサ３８で昇圧チョッパ回路を構成している。電源回路は昇圧ユニット入力より、ゲートドライブ回路，制御回路に必要な電源電圧を作り各回路に供給する。制御回路は、予め設定された昇圧比に応じて、昇圧回路のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ信号作成し、ゲートドライブ回路に出力する。制御回路は昇圧ユニットの回路保護機能，起動停止制御などを行なう。ゲートドライブ回路部は制御回路部により、出力されたＯＮ／ＯＦＦ信号に基づき、昇圧回路のトランジスタを駆動する。
【００１１】
昇圧制御部３９は、図４に示すように、昇圧比設定部５１、信号設定演算部５２、三角波発生部５３、信号比較部５４およびゲートドライブ部５５を含む。昇圧比設定部５１は、標準太陽電池ストリング３１ａに含まれる太陽電池モジュール数ｎ１と非標準太陽電池ストリング３１ｂに含まれる太陽電池モジュール数ｎ２との比すなわち昇圧比ｎ１／ｎ２を設定する。昇圧比設定部５１には、昇圧比を切換えるための切換スイッチが設けられており、予め太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂに合せて切換スイッチを手動的に切換えることにより、昇圧比が設定される。
【００１２】
昇圧比設定部５１で設定された昇圧比に基づいて信号設定演算部５２で生成された信号設定値Ｖｔと三角波発生部５３で生成された０からＶｄの振幅値をとる三角波信号φＴとが信号比較部５４で比較される。信号比較部５４は、信号設定値Ｖｔが三角波信号φＴのレベルよりも高い時にゲートオフレベルを出力してＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行なう。信号比較部５４の出力パルス信号ＰＳは、ゲートドライブ部５５を介してスイッチングトランジスタ３５のゲートに入力される。
【００１３】
接続箱４０はパワーコンディショナ４５側から太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂ側への電流の逆流を防止するための逆流防止ダイオード４１，４２と、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂ側からパワーコンディショナ４５側に落雷時の雷サージが侵入するのを防ぐために雷サージアブソーバ４３と、太陽電池側ストリング３１ａ，３１ｂとパワーコンディショナ４５側を接続・解列するブレーカ４４とを含む。
【００１４】
パワーコンディショナ４５は、主回路としてのインバータ部と、ゲートドライブ回路と、制御回路と、表示部および操作部を備え、それら各部に必要な電力を供給する電源回路部により構成される。そして、パワーコンディショナ４５は、接続箱４０を介して与えられた直流電力を商用電力系統と同一の位相および周波数５０／６０Ｈｚをもつ交流電力に変換して商用電力系統４６に供給するようになっている。インバータ部では、接続箱を介して各太陽電池ストリングの合成された直流電力をＩＧＢＴなどのスイッチングデバイスにより、スイッチングを行い、交流電力に変換する。インバータ駆動回路はスイッチングデバイスをＯＮ／ＯＦＦさせる回路であり、ＯＮ／ＯＦＦさせるタイミングなどスイッチング制御および起動，停止などシステム制御を制御回路で行なう。また、制御回路はユーザインタフェースである運転状況、発電電力の表示を行なう表示部，操作部の制御を行なう。電源回路はインバータ部の入力部分より取出し、各回路への電源は電源回路にて適当な電源電圧に変換され、供給される。
【００１５】
次に、この太陽光発電システムの動作について説明する。図５は標準太陽電池ストリング３１ａおよび非標準太陽電池ストリング３１ｂの出力特性の一例を示す図である。図５において、横軸は太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの出力電圧Ｖを示し、縦軸は太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの出力電力Ｐを示している。標準太陽電池ストリング３１ａの太陽電池モジュールの数ｎ１は、非標準太陽電池ストリング３１ｂの太陽電池モジュールの数ｎ２よりも多いので、標準太陽電池ストリング３１ａの最大出力電力Ｐａおよび最大出力時の動作電圧Ｖａは、非標準太陽電池ストリング３１ｂの最大出力電力Ｐｂおよび最大出力時の動作電圧Ｖｂより大きくなっている。（Ｐａ＞Ｐｂ，Ｖａ＞Ｖｂ）
図６は、標準太陽電池ストリング３１ａおよび非標準太陽電池ストリング３１ｂの出力特性を合成した特性を示す図である。合成した出力特性では出力電圧がＶｂのときに出力電力が最大値Ｐａ＋α（＜Ｐａ＋Ｐｂ）となる。昇圧ユニットを用いない場合は太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの電力はこの特性でパワーコンディショナに入力される。この場合は、標準太陽電池ストリング３１ａと非標準太陽電池ストリング３１ｂでは、最大電力Ｐａ，Ｐｂを出力する電圧Ｖａ，Ｖｂが異なるため、それぞれの最大電力Ｐａ，Ｐｂを足しあわせた電力Ｐａ＋Ｐｂが出力されず、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの出力電力を最大限有効に活用することはできない。
【００１６】
昇圧ユニット３２を用いると図７に示すように非標準太陽電池ストリング３１ｂの最大電力Ｐｂ出力時の電圧を標準太陽電池ストリング３１ａの最大電力Ｐａ出力時の電圧Ｖａに一致させることができる。これにより、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの最大電力Ｐａ，Ｐｂを足しあわせたＰａ＋Ｐｂを出力することが可能となり、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの出力電力を最大限有効に活用することが可能となる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の太陽光発電システムでは、標準太陽電池ストリング３１ａの太陽電池モジュール数ｎ１と非標準太陽電池ストリング３１ｂの太陽電池モジュール数ｎ２とに基づいて、昇圧ユニット３２の昇圧比ｎ１／ｎ２をシステム設置時に予め設定する必要があり、設置時の作業が煩雑となる。
【００１８】
また、太陽電池モジュールは種類により、太陽電池セル数が異なり、出力電圧も異なる。太陽電池モジュールの種類およびその太陽電池モジュールの直列枚数の組み合わせすべてに対応するには、予め、設定値（昇圧比）を多く準備しておく必要があり、さらに、設置時に太陽電池のアレイ構成を確認し、その設定値から最適な値を設定することは非常に煩雑となる。
【００１９】
また、太陽電池モジュールの種類および直列枚数の組み合わせに対して最適な昇圧比を設定した場合においても、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂ間の電圧比が常に一定というわけではない。たとえば、太陽電池ストリング３１ａと３１ｂの設置方向が異なっており、日射や影の影響で非太陽電池ストリング３１ｂの素子温度のがＴｓからＴｓ’に変化した場合は図８に示すように、非太陽電池ストリング３１ｂの出力特性も変化する。図８では非標準太陽電池ストリング３１ｂの最大出力電力がＰｂからＰｂ’に低下し、最大出力時の電圧がＶｂからＶｂ’に低下した状態が示される。この場合は図９に示すように、昇圧後の非標準太陽電池ストリング３１ｂの出力電圧Ｖａ’は標準太陽電池ストリング３１ａの出力電圧Ｖａよりも低くなり、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの発電電力を最大限有効に活用するとができない。
【００２０】
また、昇圧ユニット３２の昇圧比の設定値を各太陽電池モジュールの種類および直列枚数の組み合わせ毎の細かい設定値ではなく、代表的な昇圧比で近似した場合，設定値を多く準備する必要がなく、設定時の作業も比較的煩雑ではないが、設定した昇圧比では最大電力となる動作電圧が異なり、それぞれの最大電力を足し合わした電力を出力されず、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの発電電力を最大限有効に活用することはできない。
【００２１】
それゆえに、この発明の主たる目的は、異なる出力電圧を有する複数の太陽電池ストリングを簡略に商用系統電源に連系させることができ、かつそれら太陽電池ストリングの最大電力の効率的利用を可能ならしめることである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明は太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナであって、太陽電池の電圧調整を行なう電圧調整手段と、電圧調整手段の出力を入力として、交流電力に変換するインバータとを備え、インバータおよび電圧調整手段はそれぞれに制御回路および電源回路を備え、ユニット化したインバータユニットと電圧調整ユニットとして内部に配置したことを特徴とする。
【００２３】
これにより、直列数の異なる太陽電池ストリングを構成しても、各太陽電池ストリング毎に最大電力追従制御を行なうことが可能となり、日射条件に応じた太陽電池発電電力を有効に活用できる。
【００２４】
さらに、各ユニット間で信号を通信する手段を備えたことを特徴とする。
また、電圧調整ユニットの電源回路は個々の電圧調整ユニットの入力部分より供給し、インバータユニットの電源回路は各電圧調整ユニットの入力部を、ダイオードを介し接続した点より供給することを特徴とする。
【００２５】
また、パワーコンディショナの入力電圧の検出は、各電圧調整ユニットの入力部を、ダイオードを介し接続した点で検出することを特徴とする。
【００２６】
各電圧調整ユニットの入力部分の短絡故障の検出をインバータユニットにより各電圧調整ユニットの温度上昇により検出することを特徴とする。
【００２７】
さらに、インバータユニットは、表示，操作部を含むユーザインタフェース機能あるいは、遠隔操作可能なリモートコントローラとのインタフェースを備えていることを特徴とする。
【００２８】
また、表示は各電圧調整ユニットの情報，インバータユニットの情報を表示することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１はこの発明の一実施形態における太陽光発電システム用の構成を示すブロック図である。図１において、この太陽光発電システムは、直列数の異なる複数の太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂと、パワーコンディショナ１０を備える。
【００３１】
パワーコンディショナ１０は電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂ、インバータユニット１２およびリモートコントローラ１３を備える。電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂと、インバータユニット１２との間はバスバー２１，２２で接続される。
【００３２】
図１には、図面簡略のため、電圧調整ユニットは電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂの２ユニットのみが示されているが、太陽光発電システム上、太陽電池ストリング数に応じて、ユニット数が決められることとなる。
【００３３】
電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂは入力端子部１０１，入力スイッチ１０２，ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３，電源回路１０４，制御回路１０５，ゲート駆動回路１０６，入力電圧検出器１０７，入力電流検出器１０８，出力過電圧検出器１０９を備える。
【００３４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の一例を図２に示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１７と、リーケージトランス２５と、共振コンデンサ２６と、倍電圧整流用ダイオード２７，２８，コンデンサ２９と、出力バッファコンデンサ１９とで構成される。ゲート駆動回路１０６は制御回路１０５からの制御信号を受け、スイッチング素子を駆動する回路である。制御回路１０５はＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の電力制御をはじめ、各ユニット間との通信などの制御を行なう。電源回路１０４は電圧調整ユニット１０ｂに接続された太陽電池ストリング３１ｂからの電力をゲート駆動回路１０６，制御回路１０５に供給する。
【００３５】
その他、入力スイッチ１０２よりダイオード１１０を介して、インバータユニット１２への電源供給および入力電圧検出用の２個のコネクタ１１１，１１２を備える。さらに、制御回路１０５から各ユニット間で通信するための通信用コネクタ１１３を備える。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３には温度異常検出用には温度ヒューズを備え、インバータユニット１２に信号出力する。
【００３６】
一方、インバータユニット１２は、インバータ回路１２１，電源回路１２２，制御回路１２３，ゲート駆動回路１２４，インバータユニット入力電圧検出器１２５，出力電流検出器１２６，系統電圧検出器１２７，連系リレー１２８，出力端子部１２９，パワーコンディショナ入力電圧検出器１３０を備える。
【００３７】
インバータ回路１２１は複数のスイッチング素子を含むモジュールであるＩＰＭと、フィルタであるリアクトルおよびコンデンサで構成される。ゲート駆動回路１２４は制御回路１２３からの制御信号を受け、スイッチング素子を駆動する。制御回路１２３は出力電流制御，保護制御，各ユニット間との通信と、リモコン通信制御パワーコンディショナのシステム制御を行なう。電源回路１２２はパワーコンディショナ１０に接続された太陽電池ストリングからの電力をゲート駆動回路１２４と、制御回路１２３と、リモートコントローラ１３とに供給する。
【００３８】
リモートコントローラ１３は詳細には図示しないが、本体との通信回路，制御マイコン，表示部，操作スイッチを有し、操作スイッチは運転・停止切換，表示項目切換を備える。
【００３９】
次に、各ユニットの電源供給について説明する。電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂは、直接接続された太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂを入力とし、日射量の増大により、接続された太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの電圧が規定電圧以上となった場合、電源回路１０４が起動して制御回路１０５とゲート駆動回路１０６とに電源を供給する。日射量が持続して太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂが発電している間は電源を供給し続ける。また、日射量減少により、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの電圧が規定値以下となった場合、電源は停止する。
【００４０】
一方、インバータユニット１２は、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂの入力をダイオードを介して接続し、電源回路１２２の入力とする。日射量増大により、いずれかの太陽電池ストリングの電圧が規定電圧以上となった場合、電源回路１２２が起動して制御回路１２３とゲート駆動回路１２４とに電源を供給する。この際、接続された太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂのすべての電圧が規定値以上となる必要はない。日射量が持続し、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂが発電している間は電源を供給し続ける。また、日射量減少により、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの電圧が規定値以下となった場合、電源は停止する。この際、接続された太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂのすべての電圧が規定値以下となるまで、動作し続ける。
【００４１】
次に、各ユニットの運転動作の起動および停止について説明する。上記電源回路が動作しているものとして説明する。電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂは、直接接続された太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの電圧を検出し、規定値以上となると、スイッチング動作を開始し、運転する。また、太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの電圧が規定値以下となるとスイッチング動作を停止する。
【００４２】
一方、インバータユニット１２は、系統電源が正常であること、また、パワーコンディショナに異常がない状態において、パワーコンディショナ入力電圧として、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂの入力をダイオードを介して接続した点の電圧を検出し、該電圧が規定値以上であること、さらに、インバータユニット１２の入力電圧を検出して規定値以上あると、連系リレーを投入してスイッチング動作を開始し、連系運転を開始する。
【００４３】
通常、連系運転開始に必要なインバータユニット１２の入力電圧規定値は、系統電源電圧ピーク電圧以上としている。規定値以下の場合、連系リレー１２８を投入した際に系統電源より、インバータユニット１２を介して電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂの出力部の電解コンデンサに流れ込む突入電流が大きくなり好ましくない、悪くすればパワーコンディショナ１０の過電流保護機能が作動するレベルとなり運転できない。
【００４４】
停止については、接続された太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂのすべての電圧が規定値以下となるとスイッチング動作を停止する。連系リレー１２８については、インバータユニット１２の電源停止とともに解列する。
【００４５】
次に、連系運転動作について説明する。電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂは制御回路１０５で、入力電流検出器１０８で検出される入力電流値と、入力電圧検出器１０７で検出される入力電圧値とにより入力電力を演算し、この入力電力が最大となるよう目標入力電圧設定値を変化させる。また、入力電圧値を、目標入力電圧設定値と一致するようにゲートパルス信号を作成し、また、出力過電圧検出器１０９により出力電圧の最大規定電圧を超える場合は、ゲートがＯＦＦする信号を作成し、その信号によりゲート駆動回路１０６でスイッチング素子を駆動する。
【００４６】
一方、インバータユニット１２は各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂの出力が並列接続されて入力されている。制御回路１２３は、入力電圧検出器１３０で検出されたインバータ入力電圧が予め規定した入力動作規定電圧になるよう制御する。すなわち、入力電圧が入力動作規定電圧より大きい場合は目標出力電流設定値を増加させるよう制御し、入力電圧が入力動作規定電圧より小さい場合は目標出力電流設定値を減少させるよう制御する。また、系統電圧検出器１２７で系統電源電圧を検出し、制御回路１２３は系統電源電圧と同期し、同位相となるよう出力電流波形を制御する。制御回路１２３は、出力電流検出器１２６により出力電流を検出し、出力電流目標設定値と一致するように振幅を制御し、さらにゲートパルスを作成し、該信号によりゲート駆動回路１２４でスイッチング素子を駆動する。
【００４７】
次に、保護および異常時の動作を説明する。複数ある電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂのうちのいずれかの電圧調整ユニットのスイッチング素子であるＩＧＢＴが短絡故障した場合、該当する電圧調整ユニットには、接続された太陽電池ストリングから電流が流れ込み、日射があっても電源回路１０４から電源を供給できなくなる。一方、故障したＩＧＢＴは太陽電池ストリングから流れ込む電流により温度上昇する。インバータユニット１２は温度上昇異常を検出し、該当する電圧調整ユニットの入力スイッチを解列し、短絡電流を止める。
【００４８】
電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂの出力過電圧検出回路１０９の故障により、最大規定電圧を超えてゲート信号がＯＦＦできなくなった場合、電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂのダイオードあるいは電解コンデンサ，インバータユニットのＩＰＭの耐圧を超え、さらに故障箇所が増加する恐れがある。電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂの出力はインバータユニット１２に接続されており、インバータユニット１２において、インバータユニット入力電圧を検出しているため、インバータユニット１２においても、過電圧が検出可能となる。インバータユニット１２にて、該箇所の過電圧を検出した場合、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂに対して動作を禁止するように通信信号を出力する。
【００４９】
パワーコンディショナ１０に規定以上電圧が印加された場合、インバータユニット１２において、パワーコンディショナ入力電圧検出器１２５により検出し、インバータユニット１２の制御回路１２３でインバータを停止するとともに、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂにユニット間通信で異常信号を出力し、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂを停止する。また、機器を損傷する恐れがある場合は、インバータユニット１２の制御回路１２３から入力ブレーカを解列する。
【００５０】
その他の異常により、電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂが運転できない場合、エラー信号を通信手段により出力し、他ユニットはエラー信号により運転停止することができる。また、エラー信号の種類により、各ユニットが動作可能な場合は、その他電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂおよびインバータユニット１２を運転させる。ただし、動作できないユニットを含んでいることを、リモートコントローラ１３に表示してユーザーに知らせる。
【００５１】
次に、各ユニット間通信について説明する。正常あるいは、異常を通信する場合、エラー信号を出力することにより他のユニットに異常を知らせ、他の電圧調整ユニットはスイッチングを停止する。また、インバータユニット１２は連系運転を停止し、リモートコントローラ１３に状態表示し、ユーザーに知らせる。通信回路の一例を図に示す。
【００５２】
また、各ユニット間で運転状態・電力情報を通信する場合、インバータユニット１２をホストとし、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂに要求信号を出力し、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂは、運転状態および出力電力データを返信する。運転状態が異常の場合、出力電力ではなく、異常の内容を示すコードを送信する。また、インバータユニットで異常を検出した場合、あるいは電圧調整ユニットより、異常情報を受信し、他の電圧調整ユニットを停止する必要がある場合、各電圧調整ユニット１０ａ，１０ｂにエラー信号を出力し、各電圧調整ユニットは停止する。
【００５３】
次に、表示について説明する。リモートコントローラ１３の表示部には運転状態（運転・停止），運転時電力，設置からの積算電力量，ある期間内の期間電力量，ニ酸化炭素削減量換算値，異常停止した場合の状態を表わすエラーコード，運転時の電力表示はパワーコンディショナ１０の出力電力および各太陽電池ストリング３１ａ，３１ｂの発電電力（電圧調整ユニットの入力電力）を含む。各表示内容は操作キーでユーザーが任意で切換える、あるいは一定時間毎に自動で切換る。
【００５４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、パワーコンディショナに接続されているすべての太陽電池ストリングの特性が異なっていても、それぞれの特性に応じて最大出力を取出すことが可能となり、システムとして太陽電池発電電力を有効に活用できる。すなわち、直列数の異なる太陽電池ストリングを構成しても、各太陽電池ストリング毎に最大電力追従制御を行なうことが可能となり、日射条件に応じた太陽電池発電電力を有効に活用できる。
【００５６】
また、設置する太陽電池ストリング数に応じて内部の電圧調整ユニットを配置することが可能となり、システム容量に応じた機器が容易に製作できる。
【００５７】
各ユニット毎に電源回路，制御回路を備えることにより、各電圧調整ユニットは最大電力追従制御および出力過電圧保護を行ない、インバータユニットは入力電圧および出力電流制御を行なうことで各ユニットが独立動作し、パワーコンディショナ運転が可能となる。
【００５８】
インバータユニットの電源回路を電圧調整ユニット出力からではなく、電圧調整ユニット入力からダイオード接続を介して供給することにより、太陽電池は発電しているにもかかわらず、電圧調整ユニットが異常などで動作できない場合においても、インバータユニットには電源回路が動作するため、異常状態を検出できる。また、リモートコントローラへ情報を表示し、ユーザーに知らせることがができる。
【００５９】
また、各ユニット間で通信を行なうことにより、通常、ユニットは独立して動作しているが、異常発生時には、異常状態を検出して保護動作を確実に行なうことが可能となる。また、メイン制御を担うインバータユニットがリモートコントローラの通信制御を行なうことにより、各ユニットを集中管理でき、通常時は、各ユニットの発電電力などを表示し、異常時には異常情報を表示することができる。
【００６０】
また、複数ある電圧調整ユニットのうちのいずれかの電圧調整ユニットのスイッチング素子であるＩＧＢＴが短絡故障した場合、該当する電圧調整ユニットは電源を喪失するため、短絡故障している電圧調整ユニットを検出しおよび通信できなくなるが、インバータユニットには他の太陽電池ストリング電源供給され、インバータユニットでＩＧＢＴの温度上昇を検出するため、短絡状態を検出できるので、保護動作および情報表示が可能となる。
【００６１】
また、インバータユニットでパワーコンディショナ入力電圧を検出することにより、入力不足電圧および入力過電圧保護動作ができる。不足電圧の場合、すべての太陽電池ストリングの電圧が規定値以下を検出し、過電圧の場合にはいずれか１箇所の太陽電池ストリングが規定値以上になることを検出できる。
【００６２】
すなわち、出力電力など運転情報あるいは異常発生による故障情報などを通信し、パワーコンディショナを安全に運転あるいは停止させ、情報を表示してユーザーに知らせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路ブロック図である。
【図３】従来の太陽光発電システムの構成を示す回路ブロック図である。
【図４】図３に示した昇圧制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】図３に示した太陽光発電システムの動作説明図である。
【図６】図３に示した太陽光発電システムの動作説明図である。
【図７】図３に示した太陽光発電システムの動作説明図である。
【図８】図３に示した太陽光発電システムの問題点を説明するための図である。
【図９】図３に示した太陽光発電システムの問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０パワーコンディショナ、１０ａ，１０ｂ電圧調整ユニット、１２インバータユニット、１３リモートコントローラ、２１，２２バスバー、３１ａ，３１ｂ太陽電池ストリング、１０１入力端子、１０２入力スイッチ、１０３ＤＣ−ＤＣコンバータ、１０４，１２２電源回路、１０５，１２３制御回路、１０６，１２４ゲート駆動回路、１０７，１２５，１３０入力電圧検出器、１０８入力電流検出器、１１０逆流防止用ダイオード、１１１〜１１３コネクタ、１２１インバータ回路、１２６出力電流検出器、１２７系統電圧検出器、１２８連系リレー、１２９出力端子部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conditioner for a photovoltaic power generation system, and more particularly to a power conditioner that receives electric power from a solar cell and converts it into AC power.
[0002]
[Prior art]
As long as sunlight is irradiated, the solar cell operates as a DC power source and outputs DC power. Solar cells are known as simple and clean energy sources because they can output direct current power without intervening other energy sources such as secondary batteries and do not discharge harmful substances.
[0003]
In a conventional solar power generation system, a plurality of solar cell modules are connected in series to form a string, and a plurality of strings are connected in parallel to form a solar cell array, and the direct current generated by the solar cell The electric power is converted into AC power in the power conditioner, and the electric power is supplied to a general AC load or an existing commercial power system. In the power conditioner, a plurality of solar cell strings are connected via a connection box that is an external device having a connection function.
[0004]
Further, the solar cell array includes a standard solar cell string composed of a standard number of solar cell modules connected in series and a non-standard string composed of less than the standard number of solar cell modules connected in series.
[0005]
For example, when installing a solar cell array on the roof of a house, depending on the shape and area of the roof, it is not possible to configure a solar cell array by arranging solar cell modules only on the south surface of the roof with the highest amount of solar radiation There is. Solar cell modules that were not placed on the south side of the roof were also placed on the west and east sides of the roof to form a solar cell string, or after the solar cell module was placed on the main part of the south side of the roof. In some cases, a solar cell string is configured including a small solar cell module arranged in the remaining region. That is, the number of solar cell modules included in some solar cell strings may be different from that of other solar cell strings, and in this case, the output voltage is different between the solar cell strings.
[0006]
When a solar cell string composed of a standard number of solar cell modules and a solar cell string composed of less than the standard series number of solar cell modules are connected in parallel to the power conditioner, the respective maximum power is obtained. Because the operating voltage is different, even if the power conditioner performs maximum power point tracking control based on the synthesized voltage-power characteristics, the combined power of each maximum power is not output, and the generated power of the solar cell Cannot be used to the maximum extent possible. In such a case, it is possible to effectively use the generated power of the solar cell by providing a booster unit in front of the power conditioner and matching the output voltage of the solar cell string less than the standard series number to the standard series number of solar cells. Become.
[0007]
FIG. 3 is a circuit block diagram showing the configuration of such a photovoltaic power generation system, and FIG. 4 is a specific block diagram of the boost control unit shown in FIG.
[0008]
In FIG. 3, this solar power generation system includes a standard solar cell string 31a, a non-standard solar cell string 31b, a boost unit 32, a connection box 40, and a power conditioner 45. Although only two solar cell strings are shown in FIG. 3 for simplification of the drawing, it goes without saying that usually more solar cell strings are included.
[0009]
The standard solar cell string 31 a is connected to the power conditioner 45 through the connection box 40, while the nonstandard solar cell string 31 b is connected to the power conditioner 45 through the booster unit 32 and the connection box 40.
[0010]
The step-up unit 32 includes a step-up circuit, a gate drive circuit, a control circuit, and a power supply circuit. The step-up circuit 33 includes a reactor 34, a transistor 35, diodes 36 and 37, and a capacitor 38 to form a step-up chopper circuit. The power supply circuit generates the power supply voltage required for the gate drive circuit and the control circuit from the boost unit input and supplies it to each circuit. The control circuit creates an ON / OFF signal for the transistor of the booster circuit in accordance with a preset booster ratio, and outputs the signal to the gate drive circuit. The control circuit performs circuit protection functions for the boost unit, start / stop control, and the like. The gate drive circuit unit drives the transistors of the booster circuit based on the ON / OFF signal output by the control circuit unit.
[0011]
As shown in FIG. 4, the boost control unit 39 includes a boost ratio setting unit 51, a signal setting calculation unit 52, a triangular wave generation unit 53, a signal comparison unit 54, and a gate drive unit 55. The step-up ratio setting unit 51 sets the ratio between the number n1 of solar cell modules included in the standard solar cell string 31a and the number n2 of solar cell modules included in the non-standard solar cell string 31b, that is, the step-up ratio n1 / n2. The boost ratio setting unit 51 is provided with a selector switch for switching the boost ratio, and the boost ratio is set by manually switching the selector switch in advance according to the solar cell strings 31a and 31b.
[0012]
Based on the boost ratio set by the boost ratio setting unit 51, the signal setting value Vt generated by the signal setting calculation unit 52 and the triangular wave signal φT generated by the triangular wave generation unit 53 and having an amplitude value from 0 to Vd are signals. The comparison unit 54 compares them. The signal comparison unit 54 performs PWM (pulse width modulation) control by outputting a gate-off level when the signal set value Vt is higher than the level of the triangular wave signal φT. The output pulse signal PS of the signal comparison unit 54 is input to the gate of the switching transistor 35 via the gate drive unit 55.
[0013]
The connection box 40 includes backflow prevention diodes 41 and 42 for preventing a backflow of current from the power conditioner 45 side to the solar cell strings 31a and 31b, and a lightning strike from the solar cell strings 31a and 31b side to the power conditioner 45 side. In order to prevent a lightning surge from entering, a lightning surge absorber 43 and a breaker 44 for connecting and disconnecting the solar cell side strings 31a and 31b and the power conditioner 45 side are included.
[0014]
The power conditioner 45 includes an inverter unit as a main circuit, a gate drive circuit, a control circuit, a display unit, and an operation unit, and is configured by a power supply circuit unit that supplies necessary power to these units. The power conditioner 45 converts the DC power supplied through the connection box 40 into AC power having the same phase and frequency 50/60 Hz as the commercial power system and supplies the AC power to the commercial power system 46. ing. In the inverter unit, the combined DC power of each solar cell string is switched through a connection box by a switching device such as an IGBT and converted into AC power. The inverter drive circuit is a circuit for turning on / off the switching device, and performs switching control such as timing for turning on / off and system control such as starting and stopping by the control circuit. In addition, the control circuit controls a display unit and an operation unit that display the operation status and generated power as user interfaces. The power supply circuit is taken out from the input part of the inverter unit, and the power to each circuit is converted into an appropriate power supply voltage by the power supply circuit and supplied.
[0015]
Next, the operation of this solar power generation system will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of output characteristics of the standard solar cell string 31a and the non-standard solar cell string 31b. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the output voltage V of the solar cell strings 31a and 31b, and the vertical axis indicates the output power P of the solar cell strings 31a and 31b. Since the number n1 of solar cell modules of the standard solar cell string 31a is larger than the number n2 of solar cell modules of the nonstandard solar cell string 31b, the maximum output power Pa and the operating voltage Va at the maximum output of the standard solar cell string 31a. Is larger than the maximum output power Pb of the non-standard solar cell string 31b and the operating voltage Vb at the maximum output. (Pa> Pb, Va> Vb)
FIG. 6 is a diagram showing characteristics obtained by synthesizing the output characteristics of the standard solar cell string 31a and the non-standard solar cell string 31b. In the combined output characteristics, when the output voltage is Vb, the output power becomes the maximum value Pa + α (<Pa + Pb). When the boosting unit is not used, the power of the solar cell strings 31a and 31b is input to the power conditioner with this characteristic. In this case, the standard solar cell string 31a and the non-standard solar cell string 31b have different voltages Va and Vb for outputting the maximum powers Pa and Pb. Therefore, the power Pa + Pb obtained by adding the maximum powers Pa and Pb is output. Therefore, the output power of the solar cell strings 31a and 31b cannot be utilized to the maximum extent possible.
[0016]
When the booster unit 32 is used, as shown in FIG. 7, the voltage at the time of maximum power Pb output of the non-standard solar cell string 31b can be matched with the voltage Va at the time of maximum power Pa output of the standard solar cell string 31a. As a result, it is possible to output Pa + Pb obtained by adding the maximum powers Pa and Pb of the solar cell strings 31a and 31b, and the output power of the solar cell strings 31a and 31b can be utilized to the maximum extent possible.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional solar power generation system, the boost ratio n1 / n2 of the boost unit 32 is determined based on the number n1 of solar cell modules of the standard solar cell string 31a and the number n2 of solar cell modules of the nonstandard solar cell string 31b. It is necessary to set in advance at the time of installation, and the work at the time of installation becomes complicated.
[0018]
Moreover, the number of solar cells differs and the output voltage differs depending on the type of solar cell module. In order to support all types of solar cell modules and combinations of the number of solar cell modules in series, it is necessary to prepare a large number of set values (step-up ratios) in advance. It is very complicated to confirm and set an optimum value from the set value.
[0019]
Further, even when the optimum step-up ratio is set for the combination of the types of solar cell modules and the number of series cells, the voltage ratio between the solar cell strings 31a and 31b is not always constant. For example, when the installation directions of the solar cell strings 31a and 31b are different and the element temperature of the non-solar cell string 31b changes from Ts to Ts ′ due to the influence of solar radiation or shadow, as shown in FIG. The output characteristics of the battery string 31b also change. FIG. 8 shows a state in which the maximum output power of the non-standard solar cell string 31b is reduced from Pb to Pb ′, and the voltage at the maximum output is reduced from Vb to Vb ′. In this case, as shown in FIG. 9, the output voltage Va ′ of the non-standard solar cell string 31b after boosting is lower than the output voltage Va of the standard solar cell string 31a, and the generated power of the solar cell strings 31a and 31b is maximized. It cannot be used as effectively as possible.
[0020]
Further, when the set value of the boosting ratio of the boosting unit 32 is approximated by a typical boosting ratio instead of a fine setting value for each combination of the types of solar cell modules and the number of series, it is not necessary to prepare many setting values. The operation at the time of setting is not comparatively complicated, but the operating voltage that is the maximum power is different at the set step-up ratio, and the power that is the sum of the maximum power is not output, and the generated power of the solar cell strings 31a and 31b Cannot be used to the maximum extent possible.
[0021]
Therefore, a main object of the present invention is to allow a plurality of solar cell strings having different output voltages to be simply linked to a commercial power source and to efficiently use the maximum power of the solar cell strings. That is.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a power conditioner for converting DC power generated by a solar cell into AC power, voltage adjusting means for adjusting the voltage of the solar cell, and an inverter for converting the output of the voltage adjusting means into AC power as an input. And the inverter and the voltage adjusting means are each provided with a control circuit and a power supply circuit, and are arranged inside as a unitized inverter unit and voltage adjusting unit.
[0023]
As a result, even if solar cell strings having different numbers of series are configured, it is possible to perform maximum power follow-up control for each solar cell string, and solar cell power generated according to solar radiation conditions can be effectively utilized.
[0024]
Further, the apparatus is characterized by comprising means for communicating signals between the units.
Also, the power supply circuit of the voltage adjustment unit is supplied from the input part of each voltage adjustment unit, and the power supply circuit of the inverter unit is supplied from the point where the input part of each voltage adjustment unit is connected via a diode. .
[0025]
Further, the detection of the input voltage of the power conditioner is characterized in that the input part of each voltage adjustment unit is detected at a point connected via a diode.
[0026]
The detection of a short-circuit fault in the input portion of each voltage adjustment unit is detected by the inverter unit based on the temperature rise of each voltage adjustment unit.
[0027]
Furthermore, the inverter unit is provided with a user interface function including a display and an operation unit or an interface with a remote controller that can be remotely operated.
[0028]
The display is characterized by displaying information on each voltage adjustment unit and information on the inverter unit.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration for a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, this solar power generation system includes a plurality of solar cell strings 31 a and 31 b having different numbers of series and a power conditioner 10.
[0031]
The power conditioner 10 includes voltage adjustment units 10a and 10b, an inverter unit 12, and a remote controller 13. The voltage adjustment units 10a and 10b and the inverter unit 12 are connected by bus bars 21 and 22.
[0032]
In FIG. 1, only two voltage adjustment units 10a and 10b are shown as voltage adjustment units for simplification of the drawing, but the number of units is determined on the photovoltaic power generation system according to the number of solar cell strings. It will be.
[0033]
The voltage adjustment units 10a and 10b include an input terminal unit 101, an input switch 102, a DC-DC converter 103, a power supply circuit 104, a control circuit 105, a gate drive circuit 106, an input voltage detector 107, an input current detector 108, and an output overvoltage detection. A vessel 109 is provided.
[0034]
An example of the DC-DC converter 103 is shown in FIG. The DC-DC converter 103 includes an IGBT 17 that is a switching element, a leakage transformer 25, a resonant capacitor 26, diodes 27 and 28 for voltage doubler rectification, a capacitor 29, and an output buffer capacitor 19. The gate drive circuit 106 is a circuit that receives a control signal from the control circuit 105 and drives the switching element. The control circuit 105 performs power control of the DC-DC converter 103 and controls communication between the units. The power supply circuit 104 supplies the power from the solar cell string 31b connected to the voltage adjustment unit 10b to the gate drive circuit 106 and the control circuit 105.
[0035]
In addition, two connectors 111 and 112 for supplying power to the inverter unit 12 and detecting input voltage are provided from the input switch 102 via the diode 110. Furthermore, a communication connector 113 for communicating between the units from the control circuit 105 is provided. Further, the DC-DC converter 103 is provided with a temperature fuse for detecting a temperature abnormality and outputs a signal to the inverter unit 12.
[0036]
On the other hand, the inverter unit 12 includes an inverter circuit 121, a power supply circuit 122, a control circuit 123, a gate drive circuit 124, an inverter unit input voltage detector 125, an output current detector 126, a system voltage detector 127, an interconnection relay 128, an output. A terminal unit 129 and a power conditioner input voltage detector 130 are provided.
[0037]
The inverter circuit 121 includes an IPM that is a module including a plurality of switching elements, and a reactor and a capacitor that are filters. The gate drive circuit 124 receives a control signal from the control circuit 123 and drives the switching element. The control circuit 123 performs output current control, protection control, communication with each unit, and system control of the remote control communication control power conditioner. The power supply circuit 122 supplies power from the solar cell string connected to the power conditioner 10 to the gate drive circuit 124, the control circuit 123, and the remote controller 13.
[0038]
Although not shown in detail, the remote controller 13 includes a communication circuit with a main body, a control microcomputer, a display unit, and operation switches, and the operation switches include operation / stop switching and display item switching.
[0039]
Next, power supply of each unit will be described. When the voltage adjustment units 10a and 10b receive the directly connected solar cell strings 31a and 31b as input, and the voltage of the connected solar cell strings 31a and 31b becomes equal to or higher than the specified voltage due to an increase in the amount of solar radiation, the power supply circuit 104 is activated to supply power to the control circuit 105 and the gate drive circuit 106. While the solar radiation amount continues and the solar cell strings 31a and 31b generate electricity, the power supply is continued. Moreover, when the voltage of the solar cell strings 31a and 31b becomes below a specified value due to a decrease in the amount of solar radiation, the power supply is stopped.
[0040]
On the other hand, the inverter unit 12 connects the inputs of the voltage adjustment units 10 a and 10 b via diodes and serves as the input of the power supply circuit 122. When the voltage of any solar cell string becomes equal to or higher than the specified voltage due to an increase in the amount of solar radiation, the power supply circuit 122 is activated to supply power to the control circuit 123 and the gate drive circuit 124. At this time, it is not necessary that all the voltages of the connected solar cell strings 31a and 31b become equal to or higher than a specified value. While the solar radiation amount is sustained and the solar cell strings 31a and 31b are generating power, the power supply is continued. Moreover, when the voltage of the solar cell strings 31a and 31b becomes below a specified value due to a decrease in the amount of solar radiation, the power supply is stopped. At this time, the operation continues until all the voltages of the connected solar cell strings 31a and 31b are equal to or lower than a specified value.
[0041]
Next, starting and stopping of the operation of each unit will be described. A description will be given assuming that the power supply circuit is operating. The voltage adjustment units 10a and 10b detect the voltages of the directly connected solar cell strings 31a and 31b, and start the switching operation and operate when the voltage exceeds a specified value. Further, the switching operation is stopped when the voltage of the solar cell strings 31a and 31b becomes equal to or lower than the specified value.
[0042]
On the other hand, in the inverter unit 12, the input of each voltage adjustment unit 10a, 10b is connected via a diode as a power conditioner input voltage when the system power supply is normal and there is no abnormality in the power conditioner. When the voltage at the point is detected and the voltage is equal to or higher than the specified value, and when the input voltage of the inverter unit 12 is higher than the specified value, the interconnection relay is turned on to start the switching operation. Start driving.
[0043]
Usually, the specified input voltage value of the inverter unit 12 required for starting the grid operation is set to be equal to or higher than the system power supply voltage peak voltage. If it is less than the specified value, the inrush current flowing into the electrolytic capacitors at the output of the voltage adjustment units 10a and 10b from the system power source via the inverter unit 12 when the interconnection relay 128 is turned on becomes large, which is not preferable. The inverter 10 cannot operate because the overcurrent protection function of the inverter 10 is activated.
[0044]
As for the stop, the switching operation is stopped when all the voltages of the connected solar cell strings 31a and 31b are equal to or lower than a specified value. The interconnection relay 128 is disconnected when the power of the inverter unit 12 is stopped.
[0045]
Next, the interconnection operation will be described. The voltage adjustment units 10a and 10b are control circuits 105 that calculate input power based on the input current value detected by the input current detector 108 and the input voltage value detected by the input voltage detector 107. Change the target input voltage setting value to maximize. Also, a gate pulse signal is created so that the input voltage value matches the target input voltage setting value, and if the output voltage exceeds the maximum specified voltage of the output voltage by the output overvoltage detector 109, a signal that turns off the gate is created. Then, the switching element is driven by the gate driving circuit 106 in accordance with the signal.
[0046]
On the other hand, the inverter unit 12 is inputted with the outputs of the voltage adjustment units 10a and 10b being connected in parallel. The control circuit 123 performs control so that the inverter input voltage detected by the input voltage detector 130 becomes a predetermined input operation regulation voltage. That is, when the input voltage is greater than the input operation specified voltage, control is performed to increase the target output current set value, and when the input voltage is less than the input operation specified voltage, control is performed to decrease the target output current set value. Further, the system power supply voltage is detected by the system voltage detector 127, and the control circuit 123 controls the output current waveform so as to be in phase with the system power supply voltage. The control circuit 123 detects the output current by the output current detector 126, controls the amplitude so as to coincide with the output current target set value, further creates a gate pulse, and the gate drive circuit 124 uses the signal to switch the switching element. To drive.
[0047]
Next, protection and operation at the time of abnormality will be described. When an IGBT that is a switching element of one of the plurality of voltage regulation units 10a and 10b has a short circuit failure, current flows into the corresponding voltage regulation unit from the connected solar cell string, and solar radiation is generated. Even if there is, power cannot be supplied from the power supply circuit 104. On the other hand, the failed IGBT rises in temperature due to the current flowing from the solar cell string. The inverter unit 12 detects an abnormal temperature rise, disconnects the input switch of the corresponding voltage adjustment unit, and stops the short-circuit current.
[0048]
If the gate signal cannot be turned off beyond the maximum specified voltage due to a failure of the output overvoltage detection circuit 109 of the voltage adjustment unit 10a, 10b, the withstand voltage of the diode or electrolytic capacitor of the voltage adjustment unit 10a, 10b and the IPM of the inverter unit There is a risk that the number of failures will increase. Since the outputs of the voltage adjustment units 10a and 10b are connected to the inverter unit 12, and the inverter unit 12 detects the inverter unit input voltage, the inverter unit 12 can also detect the overvoltage. When the inverter unit 12 detects an overvoltage at the location, a communication signal is output so as to inhibit the operation of each voltage adjustment unit 10a, 10b.
[0049]
When a voltage higher than the specified voltage is applied to the power conditioner 10, the inverter unit 12 detects the voltage by the power conditioner input voltage detector 125, stops the inverter by the control circuit 123 of the inverter unit 12, and each voltage adjustment unit 10a. , 10b, an abnormal signal is output by inter-unit communication, and the voltage adjustment units 10a, 10b are stopped. Further, when there is a possibility of damaging the device, the input breaker is disconnected from the control circuit 123 of the inverter unit 12.
[0050]
When the voltage adjustment units 10a and 10b cannot be operated due to other abnormalities, an error signal is output by the communication means, and the other units can be stopped by the error signal. Further, when each unit is operable depending on the type of the error signal, the other voltage adjustment units 10a and 10b and the inverter unit 12 are operated. However, it is displayed on the remote controller 13 to notify the user that a unit that cannot be operated is included.
[0051]
Next, communication between units will be described. When normal or abnormal is communicated, an error signal is output to notify the other units of the abnormality, and the other voltage adjustment units stop switching. Further, the inverter unit 12 stops the interconnection operation, displays a status on the remote controller 13, and notifies the user. An example of a communication circuit is shown in the figure.
[0052]
Further, when the operation state / power information is communicated between the units, the inverter unit 12 is used as a host, and a request signal is output to each voltage adjustment unit 10a, 10b. Each voltage adjustment unit 10a, 10b Returns power data. When the operation state is abnormal, a code indicating the content of the abnormality is transmitted instead of the output power. Also, when an abnormality is detected in the inverter unit, or when abnormality information is received from the voltage adjustment unit and other voltage adjustment units need to be stopped, an error signal is output to each voltage adjustment unit 10a, 10b, Each voltage regulation unit stops.
[0053]
Next, display will be described. The display section of the remote controller 13 shows the operating status (running / stopping), operating power, integrated power consumption from installation, period power consumption within a certain period, converted value of carbon dioxide reduction, and status in case of abnormal stop. The error code to be displayed and the power display during operation include the output power of the power conditioner 10 and the generated power (input power of the voltage adjusting unit) of each of the solar cell strings 31a and 31b. Each display content is arbitrarily switched by the user with an operation key, or automatically at regular intervals.
[0054]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if the characteristics of all the solar cell strings connected to the power conditioner are different, it is possible to take out the maximum output according to the characteristics of each solar cell string. Battery power can be used effectively. That is, even if solar cell strings having different numbers of series are configured, it is possible to perform maximum power tracking control for each solar cell string, and solar cell generated power corresponding to solar radiation conditions can be effectively utilized.
[0056]
Moreover, it becomes possible to arrange | position an internal voltage adjustment unit according to the number of solar cell strings to install, and the apparatus according to a system capacity | capacitance can be manufactured easily.
[0057]
By providing a power supply circuit and a control circuit for each unit, each voltage adjustment unit performs maximum power tracking control and output overvoltage protection, and each unit operates independently by performing input voltage and output current control, Inverter operation is possible.
[0058]
The power supply circuit of the inverter unit is not supplied from the voltage adjustment unit output but via the diode connection from the voltage adjustment unit input, so that the solar cell is generating power, but the voltage adjustment unit cannot operate due to an abnormality, etc. Even in this case, since the power supply circuit operates in the inverter unit, an abnormal state can be detected. In addition, information can be displayed on the remote controller to notify the user.
[0059]
In addition, by performing communication between the units, the units normally operate independently. However, when an abnormality occurs, it is possible to detect the abnormal state and reliably perform the protective operation. In addition, the inverter unit responsible for the main control can perform centralized management of each unit by performing communication control of the remote controller. In normal times, the generated power of each unit can be displayed, and abnormal information can be displayed in the event of an abnormality. .
[0060]
In addition, when an IGBT, which is a switching element of one of the plurality of voltage adjustment units, has a short circuit failure, the corresponding voltage adjustment unit loses the power supply, and therefore detects the voltage adjustment unit having a short circuit failure. However, since another solar cell string power supply is supplied to the inverter unit and the temperature increase of the IGBT is detected by the inverter unit, a short-circuit state can be detected, so that a protective operation and information display are possible.
[0061]
Further, by detecting the inverter input voltage with the inverter unit, an input undervoltage and input overvoltage protection operation can be performed. In the case of an undervoltage, it is possible to detect that the voltage of all the solar cell strings is equal to or lower than a specified value, and in the case of an overvoltage, it is possible to detect that any one solar cell string is equal to or higher than the specified value.
[0062]
That is, it is possible to communicate operation information such as output power or failure information due to occurrence of an abnormality, to safely operate or stop the power conditioner, and display the information to notify the user.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
2 is a circuit block diagram showing a configuration of the DC-DC converter shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a configuration of a conventional photovoltaic power generation system.
4 is a block diagram showing a configuration of a boost control unit shown in FIG. 3. FIG.
5 is an operation explanatory diagram of the photovoltaic power generation system shown in FIG. 3. FIG.
6 is an operation explanatory diagram of the photovoltaic power generation system shown in FIG. 3. FIG.
7 is an operation explanatory diagram of the photovoltaic power generation system shown in FIG. 3. FIG.
8 is a diagram for explaining problems of the photovoltaic power generation system shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining problems of the photovoltaic power generation system shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power conditioner, 10a, 10b Voltage adjustment unit, 12 Inverter unit, 13 Remote controller, 21, 22 Bus bar, 31a, 31b Solar cell string, 101 Input terminal, 102 Input switch, 103 DC-DC converter, 104, 122 Power supply Circuit, 105, 123 Control circuit, 106, 124 Gate drive circuit, 107, 125, 130 Input voltage detector, 108 Input current detector, 110 Backflow prevention diode, 111-113 connector, 121 Inverter circuit, 126 Output current detection , 127 system voltage detector, 128 interconnection relay, 129 output terminal part.

Claims

A power conditioner that converts DC power generated by a solar cell into AC power,
Voltage adjusting means for adjusting the voltage of the solar cell;
An inverter that converts the output of the voltage adjusting means into AC power as an input;
The inverter and the voltage adjustment means are each provided with a control circuit and a power supply circuit, and are arranged inside as a unitized inverter unit and voltage adjustment unit, a power conditioner for a photovoltaic power generation system.

The power conditioner for a photovoltaic power generation system according to claim 1, further comprising means for communicating a signal between the units.

The power supply circuit of the voltage regulation unit is supplied from the input part of each voltage regulation unit,
The power conditioner for a photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the power supply circuit of the inverter unit supplies the input part of each voltage adjustment unit from a point connected via a diode.

The power conditioner for a photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the input voltage of the power conditioner is detected at a point where an input portion of each voltage adjustment unit is connected via a diode.

2. The power conditioner for a photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the detection of a short-circuit fault in the input portion of each voltage adjustment unit is detected by a temperature increase of each voltage adjustment unit by an inverter unit.

The power conditioner for a photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the inverter unit has a user interface function including a display and an operation unit or an interface with a remote controller that can be remotely operated.

The power conditioner for a photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the display displays information on each voltage adjustment unit and information on an inverter unit.