JP4623872B2

JP4623872B2 - 系統連系発電装置

Info

Publication number: JP4623872B2
Application number: JP2001197945A
Authority: JP
Inventors: 正樹萬里小路; 圭吾鬼塚; 康弘牧野; 正知小林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003018749A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電した電力を連系（接続）された商用電源系統へ回生可能とする系統連系発電装置に係り、特に、系統連系発電装置の各種機器へ供給される電源の確保に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光をエネルギー源として発電した電力を自家使用するのみならず、自家で使用しなかった余剰電力を商用電源系統へ回生する系統連系発電装置としての太陽光発電装置が普及しつつある。
【０００３】
このような太陽光発電装置では、太陽電池によって発電した直流電力の電圧を昇圧回路にて昇圧した後に、この昇圧された直流電力をインバータ回路によって、商用電源系統の交流電力に対応した交流電力に変換している。
【０００４】
また、上述のような太陽光発電装置では、上記昇圧回路、インバータ回路、これらの昇圧回路及びインバータ回路を制御する制御装置、並びに各種検出センサへ供給される電源は、太陽電池によって発電された直流電力を利用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、発電量が少ない例えば日没時には太陽電池による発電量も少ないため、インバータの（発電）動作により太陽電池の電圧が下がり、その結果規定の電圧以下になった時に、太陽光発電装置を停止しなければならなくなる。また、太陽電池から機器の制御電源を直接得ようとした場合、低日射時には機器が不安定となり、日没の判断を確実に実施することができない。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、系統連系発電装置の運転終了時まで、制御装置へ供給される制御電源など、当該系統連系発電装置の各種機器へ供給される電源を常に良好に確保できる系統連系発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、発電手段と、この発電手段にて発電された直流電力を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路にて昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、商用電源系統の交流電力に対応した交流電力を上記商用電源系統へ回生可能とするように、上記昇圧回路及び上記インバータ回路を制御する制御装置と、を有する系統連系発電装置において、前記昇圧回路はコンデンサを備え、当該系統連系発電装置の前記制御装置へ供給される電源が、上記発電手段にて発電されて前記コンデンサに蓄えられた電力または上記商用電源系統の交流電力により前記コンデンサに蓄えられた電力から供給され、前記制御装置は、系統連系発電装置の運転終了時に、この系統連系発電装置の制御装置、前記昇圧回路及び前記インバータ回路を含む各種機器と上記商用電源系統とを切り離すことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記商用電源系統の交流電力は、インバータ回路のダイオードにより整流され、スイッチング電源により安定化されて、系統連系発電装置の各種機器へ供給可能に構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記発電手段は、太陽光の受光量に応じた電力を発電する太陽電池であり、商用電源系統の交流電力は、日没時に、系統連系発電装置の各種機器へ供給可能に構成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１、２に記載の発明には、次の作用がある。
【００１５】
制御装置へ供給される制御電源など、系統連系発電装置の各種機器へ供給される電源が、発電手段または商用電源系統から選択的に供給可能に構成されたことから、発電手段にて発電される電力が所定レベル以下まで低下した場合には、商用電源系統から制御装置を含めた各種機器へ電源を導くことができるので、系統連系発電装置の運転終了時まで、制御電源など、系統連系発電装置の各種機器へ供給される電源を常に良好に確保できる。
また、商用電源系統が、系統連系発電装置の運転終了時に、この系統連系発電装置の制御装置を含めた各種機器と遮断されるよう構成されたことから、系統連系発電装置の運転終了時には、制御装置へ供給される制御電源や各種センサ等へ供給される電源が切断されるので、系統連携発電装置の待機電力を零とすることができる。
また、商用電源系統が、系統連系発電装置の終了時に、この系統連系発電装置の制御装置を含めた各種機器と遮断されることから、落雷などにより発生する恐れのある、系統連系発電装置の各種機器の故障を回避できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明には、次の作用がある。
【００１７】
商用電源系統の交流電力が、日没時に、系統連系発電装置の各種機器へ供給され、特に制御電源として制御装置へ供給されることから、この制御装置は、日没時にも電源が良好に確保されることになるので、日没の判断を確実に実行することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る系統連系発電装置の一実施の形態が適用された太陽光発電装置を、商用電源系統とともに示す回路図である。
【００２３】
この図１に示すように、系統連系発電装置としての太陽光発電装置１０は、発電手段としての太陽電池１１と系統連系装置１２とを有して構成され、この系統連系装置１２が、商用電源系統１３の単相三線に接続（連系）されている。そして、この太陽光発電装置１０は、太陽電池１１が太陽光により発電した直流電力を、系統連系装置１２が、商用電源系統１３の交流電力に対応した交流電力に変換して、この商用電源系統１３へ供給（回生）可能とする。
【００２４】
太陽電池１１は、多数の太陽電池セルを有してなり、これら個々の太陽電池セルが太陽光を受光することにより直流電力を発電する。
【００２５】
上記系統連系装置１２は、昇圧回路１４、インバータ回路１５、電流平滑回路１６、および制御装置としてのマイクロコンピュータ１７を有して構成される。このマイクロコンピュータ１７に、発電電圧検出センサ３３、発電電流検出センサ３４、昇圧電圧検出センサ１８、第１系統電圧検出センサ１９、第２系統電圧検出センサ２０及びインバータ出力電流検出センサ２１が接続されている。
【００２６】
昇圧回路１４は、太陽電池１１にて発電された不安定な直流電力をノイズフィルタ３５を介して入力し、商用電源系統１３の系統電圧よりも大きな電圧に昇圧するものであり、平滑コンデンサ２２、チョークコイル２３、スイッチ回路２４、ダイオード２５及びコンデンサ２６を有して構成される。
【００２７】
平滑コンデンサ２２は、チョークコイル２３及びスイッチ回路２４に入力される直流電力を平滑する。スイッチ回路２４は、スイッチング素子２７及びダイオード２８にて構成される。スイッチング素子２７としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴ等が好適である。このスイッチング素子２７のＯＮ、ＯＦＦ操作により、チョークコイル２３に、昇圧された電圧が発生する。また、コンデンサ２６は、チョークコイル２３によって発生した高電圧電力を蓄える。ダイオード２５は、コンデンサ２６に蓄えられた高電圧電力の逆流を防止する。
【００２８】
上記スイッチング素子２７をＯＮ操作する時間（即ちＯＮデューティ）を調整することによって、昇圧回路１４が昇圧する昇圧電圧が制御される。つまり、商用電源系統１３の系統電圧が２００Ｖの場合、その波高値（ピーク値）が±２８０Ｖになるので、系統連系装置１２から交流電力を商用電源系統１３へ回生させるためには、昇圧回路１４による昇圧電圧は、上記波高値の絶対値（２８０Ｖ）以上に設定される必要がある。実際には、昇圧回路１４による昇圧電圧は、インバータ回路１５のスイッチング素子２９（後述）のＯＮ抵抗や電流平滑回路１６のリアクトル３１の抵抗を考慮して、２８０Ｖよりも２０〜３０Ｖ高い値に設定される。
【００２９】
前記インバータ回路１５は、複数のスイッチング素子２９がブリッジ接続され、各スイッチング素子２９に対応してダイオード３０（フライホイールダイオード）が設けられて構成され、昇圧回路１４にて昇圧された直流電力を、商用電源系統１３の交流電力に対応した、つまり商用電源系統１３の交流電力と略一致した位相及び周波数の正弦波形を有する交流電力に変換する。
【００３０】
つまり、インバータ回路１５は、スイッチング素子２９をＯＮ、ＯＦＦ操作することによって、昇圧回路１４から入力された直流電力をパルス幅変調して交流電力に変換する。さらに、このインバータ回路１５から出力された交流電力（交流電流、交流電圧）の波形が、商用電源系統１３における系統電圧の交流電圧波形と一致するように、スイッチング素子２９をＯＮ操作する時間（ＯＮデューティ）が調整される。これにより、インバータ回路１５から出力された交流電力の位相及び周波数が、商用電源系統１３の系統電力のそれらと略一致する。
【００３１】
前記電流平滑回路１６は、図１に示すようにリアクトル３１及びコンデンサ３２によって形成され、インバータ回路１５にて変換された交流電力の電流を平滑する。この電流平滑回路１６にて平滑された交流電力が、ノイズフィルタ３６、解列コンタクタ３７及び保護継電器３８を経て商用電源系統１３へ回生可能とされる。
【００３２】
解列コンタクタ３７は、マイクロコンピュータ１７に接続され、太陽光発電装置１０と商用電源系統１３とを接続または切り離し可能とする。後に詳説するが、マイクロコンピュータ１７は、解列コンタクタ３７へ操作信号を出力して、太陽光発電装置１０の運転終了時に太陽光発電装置１０と商用電源系統１３とを切り離し、太陽光発電装置１０の運転開始時に太陽光発電装置１０と商用電源系統１３とを接続する。
【００３３】
前記発電電圧検出センサ３３は、例えばアイソレーションアンプを備えてなり、太陽電池１１にて発電されて昇圧回路１４へ入力される直流電力の電圧を検出する。また、発電電流検出センサ３４は、例えば変流器を備えてなり、太陽電池１１にて発電されて昇圧回路１４へ入力される直流電力の電流を検出する。
【００３４】
前記昇圧電圧検出センサ１８は、例えばアイソレーションアンプを備えてなり、昇圧回路１４にて昇圧されて出力された昇圧電圧を検出する。また、前記第１系統電圧検出センサ１９及び第２系統電圧検出センサ２０は、変圧器を備えてなり、商用電源系統１３における系統電力の系統電圧を検出する。更に、前記インバータ出力電流検出センサ２１は、例えば変流器を備えてなり、インバータ回路１５にて変換された交流電流を検出する。
【００３５】
前記マイクロコンピュータ１７は、発電電圧検出センサ３３及び発電電流検出センサ３４によって太陽電池１１により発電された直流電力を監視し、この直流電力が一定値以上になった時に解列コンタクタ３７をＯＮ操作させて、太陽光発電装置１０と商用電源系統１３とを接続させ、太陽光発電装置１０の運転を開始させる。
【００３６】
また、マイクロコンピュータ１７は、系統連系装置１２から商用電源系統１３へ回生させる回生電力、第１系統電圧検出センサ１９及び第２系統電圧検出センサ２０により検出された系統電圧、及び昇圧電圧検出センサ１８により検出された昇圧電圧に基づいて、昇圧回路１４におけるスイッチング素子２７のＯＮデューディを調整し、昇圧回路１４による昇圧電圧を商用電源系統１３の系統電圧よりも大きな値に制御する。
【００３７】
更に、マイクロコンピュータ１７は、第１系統電圧検出センサ１９及び第２系統電圧検出センサ２０により検出された系統電圧の波形（正弦波）と、インバータ出力電流検出センサ２１にて検出された出力電流の波形とに基づいて、インバータ回路１５におけるスイッチング素子２９のＯＮデューティを調整し、このインバータ回路１５にて変換される交流電力（交流電流、交流電圧）を正弦波形に制御する。
【００３８】
このマイクロコンピュータ１７による昇圧回路１４及びインバータ回路１５の制御によって、商用電源系統１３の交流電力と略一致した交流電力が、太陽光発電装置１０の系統連系装置１２から商用電源系統１３へ回生可能とされる。
【００３９】
ところで、上述のような太陽光発電装置１０は、スイッチング電源４０及び外部記憶装置４１を更に備える。スイッチング電源４０は、電圧変動の小さな安定した直流電源を、マイクロコンピュータ１７、昇圧回路１４、インバータ回路１５、並びに第１系統電圧検出センサ１９及び第２系統電圧検出センサ２０等の各種センサへ供給するものである。特に、マイクロコンピュータ１７に供給される電源を制御電源と称する。また、外部記憶装置４１は、例えばＥＥＰＲＯＭ等が好適であり、マイクロコンピュータ１７との間で通信可能に設けられる。
【００４０】
上記スイッチング電源４０は、太陽光発電装置１０の昇圧回路１４におけるコンデンサ２６近傍の点Ｍに接続され、太陽電池１１にて発電され昇圧回路１４にて昇圧されてコンデンサ２６に蓄えられた電力、または、商用電源系統１３の交流電力が解列コンタクタ３７を経てインバータ回路１５のダイオード３０（フライホイールダイオード）により整流され昇圧回路１４のコンデンサ２６に蓄えられた直流電力を選択し、それぞれ安定化した後、上記マイクロコンピュータ１７等の各種機器へ供給する。
【００４１】
つまり、スイッチング電源４０は、太陽電池１１にて発電された発電電力の電圧が所定レベルを越えた時に、この発電電力を昇圧回路１４が昇圧し、コンデンサ２６に蓄えた後の電力を更に安定化して、マイクロコンピュータ１７、昇圧回路１４、インバータ回路１５及び各種センサ等へ供給する。また、スイッチング電源４０は、太陽電池１１にて発電された発電電力の電圧が所定レベル以下となった時（例えば日没時）に、商用電源系統１３の交流電力をインバータ回路１５のダイオード３０が整流し、昇圧回路１４のコンデンサ２６が蓄えた後の電力を更に安定化して、マイクロコンピュータ１７、昇圧回路１４、インバータ回路１５及び各種センサ等へ供給する。
【００４２】
ここで、インバータ回路１５のダイオード３０による商用電源系統１３の交流電力の整流作用を、インバータ回路１５の複数のダイオード３０を、図１に示すように符号３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄを用いて区別して示し、電流平滑回路１６の複数のリアクトル３１を、同様に符号３１Ａ、３１Ｂを用いて区別して示すことにより説明する。つまり、商用電源系統１３の交流電力がリアクトル３１Ａ、点Ａ、ダイオード３０Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｍ、昇圧回路１４のコンデンサ２６、点Ｄ、点Ｅ、ダイオード３０Ｂ、点Ｆ、リアクトル３１Ｂを順次流れる時には、上記ダイオード３０Ａ及び３０Ｂが交流電力を整流する。また、商用電源系統１３からの交流電力がリアクトル３１Ｂ、点Ｆ、ダイオード３０Ｃ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｍ、コンデンサ２６、点Ｄ、点Ｅ、ダイオード３０Ｄ、点Ａ、リアクトル３１Ａを順次流れる時には、上記ダイオード３０Ｃ及び３０Ｄが交流電力を整流する。
【００４３】
このように、スイッチング電源４０がマイクロコンピュータ１７、昇圧回路１４、インバータ回路１５及び各種センサ等へ供給する電源は、太陽光発電装置１０の運転終了時まで常時良好に確保されることになる。
【００４４】
太陽光発電装置１０の運転終了時には、マイクロコンピュータ１７が解列コンタクタ３７をＯＦＦ操作して、このマイクロコンピュータ１７、昇圧回路１４及びインバータ回路１５を含めた太陽光発電装置１０の各種機器と商用電源系統１３とが切り離される。このため、商用電源系統１３から、インバータ回路１５のダイオード３０及び昇圧回路１４のコンデンサ２６を経てスイッチング電源４０へ供給される電力が消失するので、太陽光発電装置１０におけるマイクロコンピュータ１７、インバータ回路１５、昇圧回路１４及び各種センサ等の待機電力が零となる。
【００４５】
一方、上記マイクロコンピュータ１７は、太陽光発電装置１０の運転中の運転状態データを外部記憶装置４１との通信により、この外部記憶装置４１に記憶可能に構成される。上記運転状態データとしては、商用電源系統１３に異常があった時に、この商用電源系統１３へ太陽光発電装置１０から電力を回生させないで商用電源系統１３を保護するための保護動作に関するデータ（保護動作の種類及びその動作時間）と、太陽光発電装置１０自体を保護するための保護動作に関するデータ（保護動作の種類及びその動作時間）と、太陽光発電装置１０が発電した電力の積算値と、太陽光発電装置１０に発生した異常の種類及び発生時刻と、などがある。
【００４６】
マイクロコンピュータ１７による外部記憶装置４１への運転状態データの記録は、太陽光発電装置１０の運転終了間際、例えば日没時に、商用電源系統１３、インバータ回路１５のダイオード３０、昇圧回路１４のコンデンサ２６及びスイッチング電源４０を用いて、マイクロコンピュータ１７へ供給される制御電源が確保された状態で実施される。更にマイクロコンピュータ１７は、この日没時に、同様に制御電源が確保された状態で、日没の判断を実行可能に構成される。
【００４７】
上述のように構成されたことから、上記実施の形態によれば次の効果▲１▼〜▲７▼を奏する。
【００４８】
▲１▼マイクロコンピュータ１７へ供給される制御電源等、太陽光発電装置１０のその他の各種機器（昇圧回路１４、インバータ回路１５、各種センサ等）へ供給される電源が、太陽電池１１または商用電源系統１３から選択的に供給可能に構成されたことから、太陽電池１１にて発電される電力が所定レベル以下まで低下した場合には、商用電源系統１３からインバータ回路１５のダイオード３０及びスイッチング電源４０等を用いて、マイクロコンピュータ１７を含めた太陽光発電装置１０の各種機器へ電源を導くことができるので、太陽光発電装置１０の運転終了時まで、制御電源等、太陽光発電装置１０の各種機器へ供給される電源を常に良好に確保できる。
【００４９】
▲２▼商用電源系統１３の交流電力が、日没時に、商用電源系統１３からインバータ回路１５のダイオード３０及びスイッチング電源４０等を用いて、太陽光発電装置１０の各種機器へ供給され、特に制御電源としてマイクロコンピュータ１７へ供給されることから、このマイクロコンピュータ１７は、日没時にも電源が良好に確保されることになるので、日没の判断を確実に実行することができる。
【００５０】
▲３▼商用電源系統１３が、太陽光発電装置１０の運転終了時に、解列コンタクタ３７のＯＦＦ操作によって、太陽光発電装置１０のマイクロコンピュータ１７を含めた各種機器と切り離されるよう構成されたことから、太陽光発電装置１０の運転終了時には、マイクロコンピュータ１７へ供給される制御電源や各種センサ等へ供給される電源が切断されるので、太陽光発電装置１０における各種機器の待機電力を零とすることができる。
【００５１】
▲４▼商用電源系統１３が、太陽光発電装置１０の運転終了時に、解列コンタクタ３７のＯＦＦ操作によって、太陽光発電装置１０のマイクロコンピュータ１７を含めた各種機器と切り離されることから、落雷等により発生する恐れのある太陽光発電装置１０の各種機器の故障を回避できる。
【００５２】
▲５▼太陽光発電装置１０の運転中の運転状態データを外部記憶装置４１に記憶するよう構成されたことから、例えば太陽光発電装置１０の運転終了後に、外部記憶装置４１に記憶された運転状態データに基づき、この太陽光発電装置１０の運転状況を的確に判定できる。この結果、太陽光発電装置１０のメンテナンスや故障修理を適切に実施できる。
【００５３】
▲６▼外部記憶装置４１に、太陽光発電装置１０自体または商用電源系統１３を保護するための保護動作に関するデータが記憶されば場合には、これらの保護動作に関する運転状態データを、例えばメンテナンス時等に確認することにより、太陽光発電装置１０による発電量が少ない場合等に適切な対応が可能とする。
【００５４】
▲７▼マイクロコンピュータ１７が、太陽光発電装置１０の運転終了間際（例えば日没時）に、商用電源系統１３、インバータ回路１５のダイオード３０及びスイッチング電源４０等を用いて、マイクロコンピュータ１７へ供給される制御電源を確保した状態で、太陽光発電装置１０の運転中の運転状態データを外部記憶装置４１に記憶するよう構成されたことから、制御電源が安定した状態で外部記憶装置４１との通信が可能となるので、この外部記憶装置４１への記憶動作、及びこの外部記憶装置４１に記憶されたデータの信頼性を確保することができる。
【００５５】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５６】
例えば、マイクロコンピュータ１７による解列コンタクタ３７への太陽光発電装置１０の運転状態データの記憶は、太陽光発電装置１０の運転終了間際（例えば日没時）に限らず、太陽光発電装置１０の運転動作中で、その記憶すべき運転状態が発生した時に実施されてもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態では、発電手段が太陽電池１１であって、系統連系発電装置が太陽光発電装置１０の場合を述べたが、風力発電装置等の他の発電手段を用いて、発電電力を商用電源系統へ回生させる他の系統連系発電装置であってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明に係る系統連系発電装置によれば、系統連系発電装置の運転終了時まで、当該系統連系発電装置の各種機器へ供給される電源を常に良好に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る系統連系発電装置の一実施の形態が適用された太陽光発電装置を、商用電源系統と共に示す回路図である。
【符号の説明】
１０太陽光発電装置（系統連系発電装置）
１１太陽電池（発電手段）
１２系統連系装置
１３商用電源系統
１４昇圧回路
１５インバータ回路
１７マイクロコンピュータ（制御装置）
２６昇圧回路のコンデンサ
３０インバータ回路のダイオード
３７解列コンタクタ
４０スイッチング電源
４１外部記憶装置

Claims

発電手段と、この発電手段にて発電された直流電力を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路にて昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、商用電源系統の交流電力に対応した交流電力を上記商用電源系統へ回生可能とするように、上記昇圧回路及び上記インバータ回路を制御する制御装置と、を有する系統連系発電装置において、
前記昇圧回路はコンデンサを備え、
当該系統連系発電装置の前記制御装置へ供給される電源が、上記発電手段にて発電されて前記コンデンサに蓄えられた電力または上記商用電源系統の交流電力により前記コンデンサに蓄えられた電力から供給され、
前記制御装置は、系統連系発電装置の運転終了時に、この系統連系発電装置の制御装置、前記昇圧回路及び前記インバータ回路を含む各種機器と上記商用電源系統とを切り離すことを特徴とする系統連系発電装置。
上記商用電源系統の交流電力は、インバータ回路のダイオードにより整流され、スイッチング電源により安定化されて、系統連系発電装置の各種機器へ供給可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の系統連系発電装置。
上記発電手段は、太陽光の受光量に応じた電力を発電する太陽電池であり、商用電源系統の交流電力は、日没時に、系統連系発電装置の各種機器へ供給可能に構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の系統連系発電装置。