JP3966998B2 - Device for supplying and connecting power generated by wind power generators - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば風力発電機と太陽光発電機のような2種類の発電機による発電電力を、既存の電力系統に対して連携的に供給するための接続装置および接続方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球温暖化現象や大気汚染等の環境破壊から地球環境を守るために、化石エネルギーを用いることなく自然の力を利用して電力を発生させる風力発電機や太陽光発電機等が世界各国で見直されてきている。
【0003】
太陽光発電機によって得られる電力は比較的高い電圧として出力され、既存の商用電力系統(あるいは一般電力系統)に接続して売られることも多い。このような太陽光発電電力の売電においては、通常、発電電圧の商用電力系統への供給を制御する専用の接続制御装置(パワーコンディショナー)が用いられ、この接続制御装置と売電量を求めるための売電メーターを介して売電が行われる。
【0004】
一方、風力発電機によって得られた電力は、一般にその電圧が低いため、普通は直接照明用の電力やモータの起電力として用いられるか、あるいは、一時的にバッテリーに蓄えられたあと各種電力として用いられることが多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、技術開発に伴なって風力発電機の発電効率が向上したことから、風力発電機による発電電力も売電の対象として考えることができるレベルになってきている。また、複数の風力発電機を用いた発電形態をとれば、その総合的な発電電力は売電の電力源として十分なものとなる。しかしながら、風力発電による発電電力は、一般的にはいまだ売電の対象としては考えられておらず、風力発電機による発電電力を商用電力系統に売電するための接続形態や接続方法は現時点ではまだ確立されていない。
【0006】
本願の発明者は、長年にわたって風力発電機の開発とその実用化についての検討を続けてきたが、その独自の経験と風力発電の将来の見通しに基づき、風力発電電力を商用電力系統に売電するための接続形態を現時点で具体化しておくべきとの結論を得た。そしてその実用化のためには、風力発電機と商用電力系統との接続装置をできるだけ安価に制作すべきであり、さらには発電電力を無駄なく利用できるような形態にすべきと考え、これらを実現すべく独自に開発を重ねていった。
【0007】
前述のとおり、太陽光発電電力の売電においては接続制御装置(パワーコンディショナー)が用いられるが、このパワーコンディショナーは太陽光発電に合わせてその規格電圧が高く、比較的発電電圧の低い風力発電に対してそのまま用いるには無理があった。またパワーコンディショナーは高価であるため、風力発電に対して専用のパワーコンディショナーを制作するにはコストがかかりすぎるという問題もあった。本願の発明者はこのような問題を解決しながら、独自に接続装置の開発を進め、本発明の装置に到達した。
【0008】
したがって本発明の課題は、風力発電電力を商用電力系統へと供給するための接続装置を安価に実現することにある。また、本発明の課題は、発電電力を無駄にせず、安定した電力供給が長時間にわたって可能となるような接続装置を提供することにもある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明の電力供給接続装置は、風力発電機によって発電した電力を太陽光発電用の接続制御装置(パワーコンディショナー)を介して商用電源(あるいは一般系統電源、一般電力系統)に向けて供給するための電力供給接続装置であって、風力発電機による発電電圧を入力する入力部(例えば入力制御装置)と、該入力部から入力した電圧を該接続制御装置の入力規格電圧、あるいは太陽光発電機による通常の発電電圧付近まで昇圧する昇圧部と、該昇圧部によって昇圧した電圧を該接続制御装置に向けて出力する出力端とを備えている。この昇圧部の機能により風力発電機による比較的低い発電電圧を太陽光発電の出力電圧範囲内まで上昇させ、これによって太陽光発電電力売電用の接続制御装置(パワーコンディショナー)を利用して風力発電電力の売電を行なうことができる。このように、本発明の電力供給接続装置は風力発電電圧を売電可能な電圧まで上昇させるので、高価なパワーコンディショナーを新たに追加することなく、例えば既存のパワーコンディショナーを用いて、あるいは太陽光発電機と共に既に備え付けられているパワーコンディショナーを用いて、安価な装置で風力発電電力の売電を行なうことが可能となる。
【0010】
前記昇圧部は、前記接続制御装置が太陽光発電機から直接受け取った発電電力を商用電源に出力していないことを示す電力供給停止信号(実施形態の売電停止信号に対応)を受けた場合に、風力発電機による発電電力を前記接続制御装置に向けて出力するように回路を切り換えるスイッチを備えていてもよい。太陽光発電では、例えば雨やくもりなどの天候の悪いときや夜間には電力を供給することが困難となるが、このスイッチによって接続制御装置が太陽光発電電力を売電していないときに風力発電電力を売電することができるので、長時間にわたって安定的に売電を行なうことが可能となる。さらに、既存の接続制御装置は、天候の変化などによって一旦太陽光発電電力が所定の値よりも弱まった場合、一定時間(例えば30分)は太陽光発電電力の出力を停止するように規定されているが、本発明によればこのような時間に太陽光発電電力に代えて風力発電電力を出力することができるので、より安定的な電力供給が可能となる。なお、上述の電力供給停止信号のかわりに太陽光発電電力を直接出力していることを示す信号を発生させ、その信号が停止した場合にそれを電力供給停止信号とみなしてもよく、そのような場合も本願発明に含まれるものとする。
【0011】
本発明の電力供給接続装置は、さらに、風力発電機による発電電力を蓄電する例えばバッテリー等の蓄電装置を備えていてもよく、この場合前記昇圧部は、該蓄電装置に蓄電された電力を昇圧して前記接続制御装置に向けて出力する。このような蓄電装置を有することにより、太陽光発電電力を売電している間は風力発電電力を一旦蓄電しておき、蓄電した電力を太陽光発電電力を売電できないときに提供することができるので、より無駄のない安定した電力供給が可能となる。
【0012】
またこの場合、前記昇圧部は前記蓄電装置の蓄電量を検出する検出器と、該検出器が検出した蓄電量が所定の条件を満たす場合に該蓄電装置の蓄電電力を前記接続制御装置に向けて出力するように回路を切り換えるスイッチとを備えていてもよい。このスイッチによって、蓄電装置に蓄電された電力量が例えば所定値以上の場合のみ蓄電電力を売電することができるようになるので、電力の供給が短時間で途切れることがなく、より安定した電力供給が可能となる。
【0013】
本発明の電力供給接続装置は、さらに、太陽光発電機による発電電圧を降圧させて前記蓄電装置に向けて出力する降圧部を備えていてもよい。このような降圧部を備えることにより、太陽発電機による発電力が前記接続制御装置の規定電圧に対して十分でない場合や、それが十分であったとしても売電が一旦停止された直後の出力停止期間であった場合など、太陽光発電電力の売電が不可能なときにもその電力を蓄えておくことができるので、さらに無駄のない電力供給が可能となる。
【0014】
なお、上述の電力供給接続装置は太陽光発電機と風力発電機を連携運転させる場合に用いられるものとして説明したが、例えば風力発電機の代りに低出力電圧の太陽光発電機を接続する場合、また高出力風力発電機と低出力風力発電機を連携運転させる場合、さらには他のタイプの発電機を組み合せる場合などにも適用することができ、そのような用途に用いられる場合であっても本願の発明範囲に含まれるものとする。
【0015】
本発明の発電電力供給方法は、第1の発電機(例えば太陽光発電機)による発電電力を商用電源に向けて供給するための接続制御装置を介して、第2の発電機(例えば風力発電機)による発電電力を該商用電源に向けて供給する発電電力供給方法であって、該第2の発電機による発電電圧を直接あるいは一旦蓄電装置に蓄積して入力するステップと、該入力した電圧を該接続制御装置の入力規定電圧まで昇圧させるステップと、該昇圧させた電圧を該接続制御装置に向けて出力するステップとを含んでいる。このようにして、第2の発電機による発電電圧を接続制御装置を介して売電することが可能な電圧まで上昇させるので、第2の発電機用に高価な接続制御装置を別途追加することなく、第1の発電機と共に既に備え付けられている接続制御装置を用いた安価な装置で第2の発電機からの電力を売電することができる。また、蓄電を行なう場合は、第1の発電電力を売電している間は第2の発電機の発電電力を蓄電しておき、蓄電した電力を第1の発電電力を売電できないときに提供することができるので、より無駄のない安定した電力供給が可能となる。
【0016】
本発明の発電電力供給方法は、さらに、前記接続制御装置が第1の発電機による発電電力を前記商用電源に出力していないことを示す電力供給停止信号を発生するステップと、該電力供給停止信号に応じて、前記第2の発電機による発電電力を前記接続制御装置に向けて出力するように接続を切り換えるステップとを含んでいてもよい。これにより、接続制御装置が第1の発電機からの電力を売電することができないときに、それに代わって第2の発電機からの電力を売電することができるので、長時間にわたって安定的に売電を行なうことが可能となる。
【0017】
さらに本発明の発電電力供給方法は、前記第1の発電機による発電電圧を降圧させて前記蓄電装置に蓄電するステップを含んでいてもよい。これにより、第1の発電機の発電力が前記接続制御装置の規定電圧に対して十分でない場合や、それが十分であったとしても例えば規定による出力停止期間にある場合など、第1の発電機からの電力の売電が不可能なときであってもその電力を蓄えておくことができるので、さらに無駄のない電力供給が可能となる。
【0018】
本発明の接続制御装置は、第1の発電機と第2の発電機による発電電力を商用電源に向けて供給するための接続制御装置であって、該第1の発電機による発電電圧が所定の条件を満たさない場合に、該第1の発電機による発電電力の出力を停止する出力停止部と、該出力停止手段が該第1の発電機による発電電力の出力を停止した場合、該第1の発電機による発電電力の代わりに該第2の発電機による発電電力を出力するように接続を切り換えるために用いられる出力停止信号を発生させる出力停止信号発生部とを備えている。本発明の接続制御装置はこのような出力停止信号発生部を備えているので、第1の発電機(例えば太陽光発電機)の発電電力を売電していない場合に、それに代わって第2の発電機(例えば風力発電機)の発電電力を売電するように回路を切り換えることができる。これにより、2系統からの発電電力を効率的に利用して、安定した電力供給を行なうことが可能となる。
【0019】
なお、上述の説明において本発明の装置や方法は主に売電を目的として用いられるように記載したが、本発明の装置や方法は電力を実際に売らずに他の電力系統に単に供給する目的で用いることも可能であり、本発明の概念を利用してそのような目的に利用する装置や方法も本発明の範囲に含まれるものとする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電力供給接続装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0021】
図1は、本発明による電力供給接続装置の一実施形態の構成を表している。
【0022】
図に示すように、この電力供給接続装置は1つあるいは複数の風力発電機から発電電圧を入力して制御する入力制御装置11と、入力制御装置11から受け取った発電電圧を昇圧する昇圧回路(直流昇圧回路)を備えた昇圧装置12と、昇圧装置12の出力端から出力された電圧を商用電源(あるいは一般系統電源、一般電力系統)に向けて売電するための接続装置であるパワーコンディショナー13を備えている。このパワーコンディショナー13は、太陽光発電を行なう1つあるいは複数の太陽電池モジュールからの発電電力を売電するためのものであり、既存のパワーコンディショナーを用いることもできるし、図4を使って後述するように既存のパワーコンディショナーに新たな機能を付け加えた装置を用いてもよい。パワーコンディショナー13からの出力電圧は、売電電力量を計測する売電メータ14を介して商用電源に供給される。
【0023】
この実施形態の電力供給接続装置はさらにバッテリー15を備えており、入力制御装置11が出力した電圧を一旦このバッテリー15に蓄え、昇圧装置12がバッテリー15の蓄電電圧を昇圧して売電することもできる。またさらにこの電力供給接続装置は、太陽電池モジュールからの出力を降圧させて入力制御装置11へと出力する降圧回路(直流降圧回路)をもつ降圧装置16も備えている。入力制御装置11が降圧装置16から入力した電圧は、例えば12ボルトの規格蓄電電圧をもつバッテリー15に蓄電される。なお、降圧装置16の出力電圧は直接バッテリー15に蓄えてもよい。
【0024】
パワーコンディショナー13は200ボルトの入力電圧規格をもち、太陽電池モジュールによる約200ボルトの直流発電電圧を商用電源と同期のとれた202ボルト程度の交流電圧に変換して出力する。この出力電圧は一例としてあげたものであり、商用電源電圧が一般に200ボルトであることからそれよりも若干高い電圧が設定される。太陽電池モジュールによる発電力は時間や天候状態に強く依存しており、日没から日の出までの夜間には発電が停止し、また曇りや雨のときには発電力が低下するため、パワーコンディショナー13の入力電圧が入力規格電圧よりも下がってしまい、売電が停止される。本発明に基づくパワーコンディショナー13はこのとき売電が停止されたことを知らせる売電停止信号を発生させ、その信号は昇圧装置12にむけて出力される。昇圧装置12はこの売電停止信号を受けたとき、すなわち太陽電池モジュールによる発電電力が売電されていないときにスイッチ回路によって接続を切り換えて、入力制御装置11あるいはバッテリー15から入力した風力発電機の発電電圧をパワーコンディショナー13の入力規格電圧まで昇圧してパワーコンディショナー13へと送り、パワーコンディショナー13はその電圧によって売電を行なう。
【0025】
パワーコンディショナー13は、太陽電池モジュールからの入力電圧が入力規格電圧を一旦下回った場合、それに続く一定時間(例えば30分間)は売電を行なわない規格となっている。太陽光発電のみを使った場合はこの間は売電が停止されることになるが、この装置ではこのような場合であってもパワーコンディショナー13が昇圧装置12から受けた電力を出力しつづけるので、売電が停止することはほとんどない。また、このような売電停止期間にも天候が回復したときなどには太陽電池モジュールの出力電圧が十分な値に達することがありうるが、従来の売電方法ではそのような電力は売電されず無駄になっていた。しかし本実施形態の装置では、降圧装置16がパワーコンディショナー13から売電停止信号を受けた場合、スイッチ回路が回路を切り換えて太陽電池モジュールの出力電圧を降圧回路に導入するので、太陽電池モジュールにより発電されたもののその時点では売電されない電力は12ボルト付近まで降圧されたあと入力制御装置11へと送られ、バッテリー15に蓄えられる。
【0026】
このようにして、本発明によれば太陽光発電による電力もほとんど無駄なく売電に用いられることとなる。なお、上述の売電停止信号は、パワーコンディショナー13に直接(バッテリー15を介さずに)入力される太陽電池モジュールの発電電力が売電されていないことを示す信号であり(風力発電機の発電電力あるいはバッテリーに蓄えられた電力は売電されていてもよい)、パワーコンディショナー13に直接(バッテリー15を介さずに)入力される太陽電池モジュールの発電電圧を電圧測定装置で測定し、その測定電圧が規格値を下回った場合に信号発生器によって発生される。この電圧測定装置と信号発生器はパワーコンディショナー13の内部にあってもよく、またその外部に別途設けられていてもよい。また、電圧測定装置はパワーコンディショナー13の出力電圧(売電電圧)を測定するものであってもよく、その測定結果に基づいて売電が行なわれているかどうかを判断して売電停止信号を発声してもよい。なお、売電停止信号のかわりに、パワーコンディショナー13に直接入力される太陽電池モジュールの発電電力が売電されていることを示す信号を発生させて、その信号が停止している時間を上述の売電停止信号の発生時間とみなしてもよい。
【0027】
昇圧装置12はバッテリー蓄電量監視回路を備えており、これによりバッテリー15の蓄電量が常に監視されている。したがって昇圧装置12は、バッテリー15の蓄電量が所定の値を超えた場合あるいは所定の範囲内にある場合であって、パワーコンディショナー13が売電停止信号を出力している場合にバッテリー15の電圧を昇圧してパワーコンディショナー13へと出力する。
【0028】
次に図1に示した電力供給接続装置の各構成要素について具体的に説明する。
【0029】
図2は、入力制御装置11の一構成例を表す回路図である。
【0030】
図2に示すように、入力制御装置11は、ポリアセン電池21と、昇圧回路22と、コンパレータ等による電圧検出器C1〜C4と、電子スイッチ等によるスイッチS1〜S5と、ゲートG1と、ショットキダイオードD1〜D3と、保護抵抗R1及びR2とを備えたチャージポンプ式の充電回路装置である。図中の23は入力制御装置11に電力を出力する風力発電機であり、入力制御装置11の出力はバッテリー15に蓄電される。入力制御装置11の出力はバッテリー15に蓄えられることなく昇圧装置12に入力されてもよい。
【0031】
風力発電機23は入力制御装置11の入力部25に接続され、入力部25とポリアセン電池21との間には、ショットキダイオードD1と、電圧検出器C1によって開閉されるスイッチS1が配置されている。ポリアセン電池1はポリアセン系有機半導体(PAS)を活物質に用いた5V耐圧(あるいは定格電圧5V)のキャパシタータイプ二次電池であり、発電装置3から供給される電荷を徐々に蓄えていく。電圧検出器C1とスイッチS1はこのポリアセン電池21の過充電保護回路であり、風力発電機23による発電電圧Vgがポリアセン電池21の耐圧である5V以上となったことを電圧検出器C1が検知したとき、スイッチS1がOFFとされる。
【0032】
ポリアセン電池21と昇圧回路22との間には電圧検出器C2によって開閉されるスイッチS2が配置されており、このスイッチS2の開閉によってポリアセン電池21に蓄えられた電荷が昇圧回路22に対して間欠的に放電される。電圧検出器C2はヒステリシスをもち、ポリアセン電池1の電圧Vpが例えば5Vに達したことを検出したときにスイッチS2がONされ、電圧Vpが2V以下となった場合OFFされる。
【0033】
昇圧回路22は、ポリアセン電池21に充電された電圧(2〜5V)をバッテリ4の充電可能電圧(例えば6V以上)まで昇圧して出力する回路である。昇圧回路22と出力端26との間には、保護抵抗R1とショットキダイオードD2と電圧検出器C4によって開閉されるスイッチS4が接続されている。このスイッチS4は出力端26に接続されるバッテリ15を過充電から保護するためのものであり、電圧検出器C4が、出力端26の電圧(すなわち、バッテリ15の充電電圧)が例えばバッテリ15の定格電圧(あるいは満充電相当の電圧)に達したことを検出した場合にスイッチS4はOFFとされる。
【0034】
入力端25とスイッチS4との間には、ポリアセン電池21及び昇圧回路22に対して並列に、電圧検出器C3によって開閉されるスイッチS3と保護抵抗R2とショットキダイオードD3の直列回路が接続されている。風力発電機23による発電力が上がって発電電圧Vgが例えば7V以上となったことを電圧検出器C3が検知するとスイッチS3がONされる。この場合、発電電圧Vgはバッテリ15の充電可能電圧(6V)よりも高いので、昇圧回路22を介することなく発電電圧Vgによって直接バッテリ15が充電される。
【0035】
入力端25と昇圧回路22との間には、ゲートG1によって開閉されるスイッチS5がポリアセン電池21と並列に接続される。ゲートG1は、スイッチS1とスイッチS2とスイッチS3がいずれもOFFのとき、スイッチS5をONとする。これにより、5V以上7V未満の発電電圧Vgがポリアセン電池1を介することなく直接昇圧回路22を作動させ、昇圧されて充電可能となった発電電圧Vgがバッテリ15に供給される。ショットキダイオードD1〜D3は逆流防止用のダイオードであり、保護抵抗R1とR2は昇圧回路22の保護およびバッテリ15の過充電保護のために接続されている。
【0036】
なお、入力制御装置11の昇圧回路22を図1の昇圧装置12に置き換えることも可能であり、その場合、昇圧回路22は入力した電圧をパワーコンディショナー13の規格電圧まで昇圧し、入力制御装置11の出力はバッテリー15ではなくパワーコンディショナー13へと供給される。
【0037】
図3は、図1の昇圧装置12の構成を表した図である。
【0038】
この図に示すように、昇圧装置12はバッテリ蓄電量監視回路31と、スイッチ32と、スイッチ制御回路33と、昇圧回路34とを備えている。バッテリ蓄電量監視回路31はバッテリー15の蓄電量を監視して、バッテリー15の蓄電量が所定の量以上であり十分な量であると判断した場合にそのことを示す信号をスイッチ制御回路33に出力する。スイッチ制御回路33はバッテリ蓄電量監視回路31からの信号を受け、さらにパワーコンディショナー13から売電停止信号を受けた場合、スイッチ32を閉じてバッテリー15の電圧を昇圧回路34へと導入する。昇圧回路はそのようにして入力した電圧をパワーコンディショナー13の入力規定電圧まで昇圧して出力する。
【0039】
なお、昇圧装置12が入力制御装置11から直接電圧を受け取る場合には、バッテリ蓄電量監視回路31は用いられず、スイッチ制御回路33は売電停止信号を受けた場合にスイッチ32を導通させる。
【0040】
図4は、図1の電力供給接続装置におけるパワーコンディショナー13の一構成例を表した図である。
【0041】
図に示すように、このパワーコンディショナー13は、電圧監視装置41と、スイッチ制御回路42と、スイッチ43と、信号発生回路44と、電圧接続制御装置45とを備えている。電圧監視装置41は電圧計などによって構成され、太陽電池モジュールからパワーコンディショナー13に出力される電圧を測定し、その測定結果をスイッチ制御回路42と信号発生回路44へと伝える。電圧測定結果を受けてスイッチ制御回路42は、太陽電池モジュールの出力電圧が所定の規定値を下回ったと判断した場合、スイッチ43を開けて太陽電池モジュールからの電圧を遮断する。また信号発生回路44は、電圧監視回路による電圧測定結果から太陽電池モジュールの出力電圧が所定の規定値を下回ったと判断した場合、上述の売電停止信号を発生させ、それを昇圧装置12へと出力する。
【0042】
電圧接続制御装置45は、既存のパワーコンディショナーにおける電圧変換機能などの売電に必要とされる機能と同様の機能をもつ装置であり、太陽電池モジュールあるいは昇圧装置12から受けた電力を商用電源に売電できるように電圧変換を行なう。その結果出力される電圧は本実施例の場合202ボルト程度となり、これが商用電源からの入力電圧である200ボルトを超えるものであるため商用電源に向けて売電がなされる。この売電電力量は売電メータ14によって計測される。
【0043】
上述のパワーコンディショナー13において、電圧監視装置41は電圧接続制御装置45からの出力電圧を測定してもよく、スイッチ制御回路42と信号発生回路44はその測定結果に基づいて上記の動作を行なってもよい。また、スイッチ制御回路42は太陽電池モジュールの出力電圧が所定値を下回ってから一定時間(例えば、既存のパワーコンディショナーの規格に合わせて30分間)スイッチ43を開放するように設定してもよく、この場合、信号発生回路44も同様の時間売電停止信号を発生し続ける。
【0044】
図5は、図1の電力供給接続装置における降圧装置16の一構成例を表している。
【0045】
図に示すように、降圧装置16はスイッチ制御回路51と、スイッチ52と、降圧回路53とを備えている。スイッチ制御回路51はパワーコンディショナー13から売電停止信号を受け取った場合、スイッチ52を閉じて太陽電池モジュールの出力電圧を降圧回路53へと導入する。降圧回路53は受け取った電圧をバッテリー15の入力可能電圧まで降圧させて、入力制御装置11のバッテリ出力端へと出力する。なお、降圧回路53の出力を直接バッテリー15に入力してもよい。
【0046】
以上本発明による電力供給接続装置の実施形態について説明したが、この実施形態は電力供給接続装置の一構成例について述べたものであり、各構成要素の配置位置や各電圧値あるいは既定値等が異なるものであっても、上述の電力供給接続装置と同様の効果を得られるものであれば本発明の範囲に含まれるものとする。
【0047】
【発明の効果】
本発明の電力供給接続装置によれば、既存の太陽光発電用パワーコンディショナーを用いて風力発電電力を商用電力系統へと供給することができるので、風力発電機の売電用接続装置を安価に実現することができる。また、本発明によれば、太陽光発電機による発電電力が弱まった場合でも、それに代わって風力発電機の発電電力を供給することができるので、従来よりも安定した電力供給が長時間にわたって可能となる。さらに、太陽光発電電力のうち従来は利用されずに無駄となっていた電力も、一旦蓄えられた後に用いることができるので、効率のよい安定した電力供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力供給接続装置の一実施形態の構成を表した図である。
【図2】図1の電力供給接続装置における入力制御装置11の一構成例を表す回路図である。
【図3】図1の電力供給接続装置における昇圧装置12の一構成例を表した図である。
【図4】図1の電力供給接続装置におけるパワーコンディショナー13の一構成例を表した図である。
【図5】図1の電力供給接続装置における降圧装置16の一構成例を表した図である。
【符号の説明】
11 入力制御装置
12 昇圧装置
13 パワーコンディショナー
14 売電メータ
15 バッテリー
16 降圧装置
21 ポリアセン電池
22 昇圧回路
23 風力発電機
25 入力端
26 出力端
C1〜C4 電圧検出器
S1〜S5 スイッチ
G1 ゲート
D1〜D3 ショットキダイオード
R1、R2 保護抵抗
31 バッテリ蓄電量監視回路
32 スイッチ
33 スイッチ制御回路
34 昇圧回路
41 電圧監視装置
42 スイッチ制御回路
43 スイッチ
44 信号発生回路
45 電圧接続制御像値
51 スイッチ制御回路
52 スイッチ
53 降圧回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection device and a connection method for cooperatively supplying power generated by two types of generators such as a wind power generator and a solar power generator to an existing power system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to protect the global environment from environmental destruction such as global warming and air pollution, wind power generators and solar power generators that generate power using natural power without using fossil energy have been used around the world. Has been reviewed.
[0003]
The electric power obtained by the solar generator is output as a relatively high voltage and is often sold by being connected to an existing commercial power system (or general power system). In such a sale of photovoltaic power, a dedicated connection control device (power conditioner) for controlling the supply of the generated voltage to the commercial power system is usually used to obtain the connection control device and the amount of power sold. Electricity is sold through the electricity sales meter.
[0004]
On the other hand, since the voltage obtained by wind power generators is generally low, it is usually used as direct lighting power or motor electromotive force, or as various power after being temporarily stored in a battery. Often used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the power generation efficiency of wind power generators has improved with technological development, so that the power generated by wind power generators can be considered as a target for power sales. In addition, if a power generation form using a plurality of wind power generators is taken, the total generated power is sufficient as a power source for selling power. However, the power generated by wind power generation is generally not yet considered as a target for power sale, and the connection form and connection method for selling the power generated by the wind power generator to the commercial power system is not currently available. It has not been established yet.
[0006]
The inventor of the present application has been studying the development of wind power generators and their practical application for many years, but based on their own experience and future prospects of wind power generation, the power generation of wind power is sold to the commercial power system. The conclusion that the connection form to do it should be materialized at the present time was obtained. And for practical use, we think that the connection device between the wind power generator and the commercial power system should be produced as cheaply as possible, and that the generated power should be used without waste. In order to make it happen, it was developed independently.
[0007]
As described above, a connection control device (power conditioner) is used for selling solar power, but this power conditioner has a high standard voltage according to solar power generation and is suitable for wind power generation with a relatively low power generation voltage. On the other hand, it was impossible to use it as it was. In addition, since the power conditioner is expensive, there is a problem that it is too expensive to produce a dedicated power conditioner for wind power generation. The inventor of the present application has developed the connection device independently while solving such problems, and has reached the device of the present invention.
[0008]
Therefore, the subject of this invention is implement | achieving the connection apparatus for supplying wind power generation electric power to a commercial power grid at low cost. Another object of the present invention is to provide a connection device that does not waste generated power and enables stable power supply over a long period of time.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the power supply connecting device of the present invention is a commercial power source (or general system power source, general power) generated by a wind power generator via a connection control device (power conditioner) for solar power generation. A power supply connection device for supplying power to a power system), an input unit (for example, an input control device) for inputting a voltage generated by a wind power generator, and a voltage input from the input unit of the connection control device A boosting unit that boosts the input standard voltage or near a normal power generation voltage by the solar power generator, and an output terminal that outputs the voltage boosted by the boosting unit to the connection control device. The function of this boosting unit raises the relatively low power generation voltage of the wind power generator to the output voltage range of the solar power generation, thereby using the connection control device (power conditioner) for selling the photovoltaic power generation to generate wind power. You can sell the generated power. As described above, the power supply connecting device of the present invention increases the wind power generation voltage to a voltage at which power can be sold. Therefore, for example, using an existing power conditioner or solar power without adding an expensive power conditioner. Using the power conditioner already installed together with the generator, it is possible to sell wind-generated power with an inexpensive device.
[0010]
When the boosting unit receives a power supply stop signal (corresponding to the power sale stop signal in the embodiment) indicating that the connection control device does not output the generated power directly received from the solar power generator to the commercial power source In addition, a switch for switching the circuit may be provided so that the electric power generated by the wind power generator is output to the connection control device. In solar power generation, it is difficult to supply power when the weather is bad, such as rain or cloudy, or at night, but this switch causes wind power when the connection control device is not selling solar power. Since the generated power can be sold, it is possible to stably sell power for a long time. Further, the existing connection control device is defined to stop the output of the photovoltaic power for a certain period of time (for example, 30 minutes) once the photovoltaic power becomes weaker than a predetermined value due to a change in weather or the like. However, according to the present invention, wind power generation power can be output instead of solar power generation power at such time, so that more stable power supply is possible. In addition, instead of the above-described power supply stop signal, a signal indicating that the photovoltaic power is directly output is generated, and when the signal is stopped, it may be regarded as a power supply stop signal. Such cases are also included in the present invention.
[0011]
The power supply connection device of the present invention may further include a power storage device such as a battery for storing the power generated by the wind power generator. In this case, the boosting unit boosts the power stored in the power storage device. And output to the connection control device. By having such a power storage device, it is possible to temporarily store wind-generated power while selling solar power, and to provide the stored power when solar power cannot be sold. Therefore, stable power supply without waste is possible.
[0012]
Also, in this case, the boosting unit detects a power storage amount of the power storage device, and directs the power stored in the power storage device to the connection control device when the power storage amount detected by the detector satisfies a predetermined condition. And a switch for switching the circuit so that the signal is output. This switch makes it possible to sell the stored power only when the amount of power stored in the power storage device is greater than or equal to a predetermined value, for example, so that the supply of power is not interrupted in a short time and more stable power Supply becomes possible.
[0013]
The power supply connection device of the present invention may further include a step-down unit that steps down the voltage generated by the solar power generator and outputs the stepped-down voltage toward the power storage device. By providing such a step-down unit, when the power generated by the solar generator is not sufficient with respect to the specified voltage of the connection control device, or even if it is sufficient, the output immediately after the power sale is temporarily stopped Since it is possible to store the electric power even when it is impossible to sell the solar power, such as when it is in a stop period, it is possible to supply power more efficiently.
[0014]
In addition, although the above-mentioned electric power supply connection apparatus was demonstrated as what is used when carrying out a cooperative operation of a solar power generator and a wind power generator, for example, when connecting a low power output solar power generator instead of a wind power generator It can also be applied to high-power wind generators and low-power wind power generators that operate in a coordinated manner, and also to other types of generators that are used in combination. However, it shall be included in the scope of the present invention.
[0015]
The generated power supply method of the present invention includes a second generator (for example, wind power generation) via a connection control device for supplying generated power from a first generator (for example, a solar power generator) to a commercial power source. A power generation power supply method for supplying power generated by the second power generator toward the commercial power source, the step of directly or once storing and inputting the power generation voltage generated by the second power generator in the power storage device, and the input voltage Are boosted to a specified input voltage of the connection control device, and the boosted voltage is output to the connection control device. In this way, the voltage generated by the second generator is increased to a voltage that can be sold via the connection control device, so that an expensive connection control device is added separately for the second generator. In addition, the power from the second generator can be sold with an inexpensive device using the connection control device already provided with the first generator. In addition, when storing power, when the first generated power is sold, the generated power of the second generator is stored, and when the stored power cannot be sold. Since it can be provided, stable power supply without waste is possible.
[0016]
The generated power supply method of the present invention further includes a step of generating a power supply stop signal indicating that the connection control device does not output the power generated by the first generator to the commercial power source, and the power supply stop And switching the connection so as to output the electric power generated by the second generator toward the connection control device according to the signal. Thereby, when the connection control device cannot sell the power from the first generator, the power from the second generator can be sold instead. It is possible to sell electricity.
[0017]
Furthermore, the generated power supply method of the present invention may include the step of reducing the voltage generated by the first generator and storing the voltage in the power storage device. As a result, the first generator generates power when the power generated by the first generator is not sufficient with respect to the specified voltage of the connection control device, or even when it is sufficient, for example, when the output is in a specified output stop period. Even when it is impossible to sell power from the machine, it is possible to store the power, so that it is possible to supply power more efficiently.
[0018]
The connection control device of the present invention is a connection control device for supplying electric power generated by a first generator and a second generator toward a commercial power source, and a voltage generated by the first generator is predetermined. When the above condition is not satisfied, an output stop unit that stops the output of the generated power by the first generator, and the output stop unit stops the output of the generated power by the first generator, An output stop signal generator for generating an output stop signal used to switch the connection so that the power generated by the second generator is output instead of the power generated by the first generator. Since the connection control device of the present invention includes such an output stop signal generation unit, when the generated power of the first generator (for example, a solar power generator) is not sold, the second is replaced instead. The circuit can be switched to sell the power generated by the generator (eg, wind power generator). As a result, it is possible to supply power stably by efficiently using the generated power from the two systems.
[0019]
In the above description, the apparatus and method of the present invention have been described so as to be used mainly for the purpose of selling power. However, the apparatus and method of the present invention simply supplies power to other power systems without actually selling the power. It can be used for the purpose, and an apparatus and a method used for such purpose using the concept of the present invention are also included in the scope of the present invention.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a power supply connecting device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a configuration of an embodiment of a power supply connecting apparatus according to the present invention.
[0022]
As shown in the figure, this power supply connection device includes an
[0023]
The power supply connecting device of this embodiment further includes a
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
In this way, according to the present invention, the electric power generated by solar power generation is also used for power sales with little waste. The above-mentioned power sale stop signal is a signal indicating that the generated power of the solar cell module input directly to the power conditioner 13 (without going through the battery 15) is not sold (power generation by the wind power generator). The power generation voltage of the solar cell module input directly to the power conditioner 13 (without going through the battery 15) may be measured with a voltage measuring device, and the measurement may be performed. Generated by the signal generator when the voltage falls below the specified value. The voltage measuring device and the signal generator may be inside the
[0027]
The
[0028]
Next, each component of the power supply connecting apparatus shown in FIG. 1 will be specifically described.
[0029]
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the
[0030]
As shown in FIG. 2, the
[0031]
The
[0032]
A switch S2 that is opened and closed by a voltage detector C2 is disposed between the
[0033]
The
[0034]
Between the
[0035]
A switch S5 that is opened and closed by a gate G1 is connected in parallel with the
[0036]
It is also possible to replace the
[0037]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
[0038]
As shown in this figure, the
[0039]
When the
[0040]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the
[0041]
As shown in the figure, the
[0042]
The voltage
[0043]
In the
[0044]
FIG. 5 shows a configuration example of the step-down
[0045]
As shown in the figure, the step-down
[0046]
Although the embodiment of the power supply connecting device according to the present invention has been described above, this embodiment describes one configuration example of the power supply connecting device, and the arrangement position of each component, each voltage value, or a default value, etc. Even if they are different, they can be included in the scope of the present invention as long as the same effects as those of the power supply connecting device described above can be obtained.
[0047]
【The invention's effect】
According to the power supply connection device of the present invention, wind power generation power can be supplied to the commercial power system using the existing solar power generation power conditioner, so that the wind power generator connection device can be made inexpensively. Can be realized. In addition, according to the present invention, even when the power generated by the solar power generator is weakened, the power generated by the wind power generator can be supplied instead. Therefore, stable power supply can be provided over a long period of time. It becomes. Furthermore, since the electric power that has not been used in the past and is wasted among the photovoltaic power generation power can be used after it has been stored once, efficient and stable power supply becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a power supply connecting apparatus according to the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a
4 is a diagram illustrating a configuration example of a
5 is a diagram illustrating a configuration example of a step-down
[Explanation of symbols]
11 Input control device
12 Booster
13 Power conditioner
14 Power meter
15 battery
16 Step-down device
21 Polyacene battery
22 Booster circuit
23 Wind power generator
25 Input terminal
26 Output terminal
C1-C4 voltage detector
S1-S5 switch
G1 gate
D1-D3 Schottky diode
R1, R2 Protection resistance
31 Battery charge amount monitoring circuit
32 switches
33 Switch control circuit
34 Booster circuit
41 Voltage monitoring device
42 Switch control circuit
43 switch
44 Signal generation circuit
45 Voltage connection control image value
51 Switch control circuit
52 switch
53 Step-down circuit
Claims (7)
該風力発電機による発電電圧を入力する入力部と、
該入力部から入力した電圧を該接続制御装置の入力規定電圧まで昇圧する昇圧手段と、
該昇圧手段によって昇圧した電圧を、該接続制御装置に向けて出力する出力端とを備え、
前記昇圧手段は、前記接続制御装置が太陽光発電機による発電電力を前記商用電源に出力していないことを示す電力供給停止信号を受けた場合に、前記風力発電機による発電電力を前記接続制御装置に向けて出力するように回路を切り換えるスイッチ手段を備えている電力供給接続装置。A power supply connection device for supplying electric power generated by a wind power generator toward a commercial power supply via a connection control device for solar power generation,
An input unit for inputting a voltage generated by the wind power generator;
Boosting means for boosting the voltage input from the input unit to an input specified voltage of the connection control device;
The voltage boosted by said boosting means, and an output terminal for output to the connection control device,
When the connection control device receives a power supply stop signal indicating that the power generated by the solar power generator is not output to the commercial power source, the connection control unit controls the power generated by the wind power generator. A power supply connection device comprising switch means for switching a circuit to output to the device.
前記昇圧手段は、該蓄電手段に蓄電された電力を昇圧して前記接続制御装置に向けて出力する、請求項1に記載の電力供給接続装置。Furthermore, it has a storage means for storing the power generated by the wind power generator,
The power supply connection device according to claim 1, wherein the boosting unit boosts the power stored in the power storage unit and outputs the boosted power to the connection control device.
置。Furthermore, the electric power supply connection apparatus of Claim 2 or 3 provided with the pressure | voltage reduction means which pressure | voltage-falls the power generation voltage by a solar power generator, and outputs it toward the said electrical storage means.
該第2の発電機による発電電圧を直接あるいは一旦蓄積手段に蓄積して入力するステップと、
該入力した電圧を該接続制御装置の入力規定電圧まで昇圧させるステップと、
該昇圧させた電圧を該接続制御装置に向けて出力するステップと、
前記接続制御装置が第1の発電機による発電電力を前記商用電源に出力していないことを示す電力供給停止信号を発生させるステップと、
該電力供給停止信号に応じて、前記第2の発電機による発電電力を前記接続制御装置に向けて出力するように接続を切り換えるステップと、
を含む発電電力供給方法。A generated power supply method for supplying generated power from a second generator toward the commercial power source via a connection control device for supplying generated power from the first generator toward the commercial power source,
A step of storing the voltage generated by the second generator directly or once after being stored in the storage means;
Boosting the input voltage to an input regulation voltage of the connection control device;
Outputting the boosted voltage to the connection control device;
Generating a power supply stop signal indicating that the connection control device is not outputting the power generated by the first generator to the commercial power source;
In response to the power supply stop signal, switching the connection to output the power generated by the second generator toward the connection control device;
A method for supplying generated power.
該第1の発電機による発電電圧が所定の条件を満たさない場合に、該第1の発電機による発電電力の出力を停止する出力停止手段と、
該出力停止手段が該第1の発電機による発電電力の出力を停止した場合、該第1の発電機による発電電力の代わりに該第2の発電機による発電電力を出力するように接続を切り換えるために用いられる出力停止信号を発生させる出力停止信号発生手段と、
を備えた接続制御装置。A connection control device for supplying electric power generated by a first generator and a second generator toward a commercial power source,
Output stopping means for stopping output of the generated power by the first generator when the generated voltage by the first generator does not satisfy a predetermined condition;
When the output stop means stops the output of the power generated by the first generator, the connection is switched so that the power generated by the second generator is output instead of the power generated by the first generator. Output stop signal generating means for generating an output stop signal used for
A connection control device.
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