JP5205654B2

JP5205654B2 - 分散直流電源制御回路

Info

Publication number: JP5205654B2
Application number: JP2010226222A
Authority: JP
Inventors: 井口禎男
Original assignee: 井口禎男
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: JP2012080736A

Description

本発明は直流送電線路における分散直流電源に関する。

分散電源の連系は交流伝送路を経由して連系するのが一般的である。
直流電源を並列に接続する場合、近距離の電源同士である。各直流電源の電流分担は各分散直流電源の出力電流を検出し、高速伝送回路を経由して各電源の出力電流値データを各電源間で授受することによって、各電源相互の出力電流を調整する。

特開２００１−２７５３４８号公報特開２００４−２０８４２６号公報特開平７−１９４１１８号公報特開昭５４−６７６４７号公報特開２００１−２２４１７６号公報特開２０００−３２２１３４号公報特開平１１−２７５８６２号公報特開平１１−１５５２８２号公報

先行技術においては、複数の直流電源を直流送電路で連系する場合、基本的に近距離の分散直流電源回路を前提にしている。そのため太陽光発電などの発電電力を直流送電路において連系運転すると同時に電力を送電する場合のように分散直流電源間の距離が近距離でない場合には適切でない。

先行技術においては、直流電源を並列に運転する場合に各直流電源間の制御が独立していないので、直流電源を追加、撤去する場合に各直流電源の制御回路間の信号を変更する必要が発生する。

分散直流電源相互の影響を少なくするために分散直流電源の出力部に抵抗を挿入する方法もあるが大容量の抵抗が必要となり、抵抗において発生する損失が大きい。

自然エネルギーを電力源とする電源の発電量は不安定であり、出力可能電力を推定する技術が必要である。

直流送電線路に多数の分散直流電源が存在する場合、分散直流電源の単独運転を検出する方法の提案がされていない。

本発明は、複数の分散直流電源と、前記分散直流電源が並列に接続する直流送電線路と、で構成される分散直流電源連系システムにおいて、前記分散直流電源の出力部に出力電流の逆流を防止し、出力電圧および出力電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに内部設定器あるいは外部より伝送によって前記ＤＣ／ＤＣコンバータ内に直接設定される、あるいは設定された内部定数によって計算される、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流計測値に応じた出力電圧設定値と、最大出力電圧設定値と最小出力電圧設定値と、別途設定される最大出力可能電流設定値と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧計測値すなわち分散直流電源と直流送電線路の接続点である連系点における直流送電線路電圧計測値と、によって算出される出力電流設定値を目標値として、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力電流計測値を前記目標値に等しくなるように制御する、また前記分散直流電源の前記出力電圧計測値が直流送電線路最大出力電圧設定値を超えないように、さらに前記分散直流電源の前記出力電流計測値が前記最大出力可能電流設定値を超えないように制御することによって、各々の前記分散直流電源の前記直流送電線路における電流分担率を制御することを特徴とする分散直流電源制御回路を提供するものである。

すなわち分散直流電源の出力電圧一定制御範囲あるいは出力電流一定制御範囲を除き、出力電流が増加するとその出力電圧が一定の割合で電圧が低下するように制御することによって、各々の分散直流電源の直流送電線路における電流分担率を制御可能とするものである。

また本発明は、前記分散直流電源の前記出力電圧設定値をＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路内部制御回路あるいは外部からの伝送によって一時的に設定値と異なる値に設定変更し、前記分散直流電源の出力電流を変動させて、その時の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧、出力電流を計測することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記最大出力可能電流設定値を設定することを特徴とする請求項１の分散直流電源制御回路を提供するものである。

すなわちその分散直流電源の電力源が太陽電池等のように天候などによって、その発電電力が不安定な電力源である場合、その電力源の発電可能電力の上限値に応じた最大出力可能電流設定値を設定可能とする。以後は前記最大出力可能電流設定値を直流送電線路におけるその分散直流電源の電流分担率を算出するための基準とすることによって、その電力源の最大出力可能電力に応じた送電線路の電流を分担することを可能とするものである。

また本発明は、分散直流電源の前記出力電圧設定値を一時的に設定値と異なる値に変更した時、その出力電力が前記発電可能電力以下である範囲内において、前記出力電流計測値の変動量が閾値より少ないことを出力電流計測回路によって計測することによって、前記分散直流電源が単独運転状態であると判定することを特徴とする請求項１の分散直流電源制御回路を提供するものである。

すなわちその分散直流電源が連系運転している直流送電線路において、その分散直流電源が単独運転状態であることを検出することを可能とするものである。

各分散直流電源の制御回路が独立しており、各分散直流電源の分担率を変更するためには伝送回線経由で各分散直流電源内部の設定値を変更することで可能となる。分散直流電源を追加、撤去する場合に、他の分散直流電源との間で信号の授受などを変更する作業が容易となる。

分散直流電源の電力源が太陽電池等の場合、天候などによってその発電電力が不安定である。その分散直流電源が他分散直流電源と連系運転している直流送電路における電流分担率を、その電力源の最大発電可能電力に応じて、自動的に調整することが可能となる。

事故発生時などによって分散直流電源の単独運転が発生した場合、直流送電線路が充電状態のままとなる等の単独運転に起因する問題を、分散直流電源の単独運転を検出することによって回避することが可能となる。

本発明の実施例における分散直流電源連系システムブロック図本発明の実施例におけるＤＣ／ＤＣコンバータブロック図本発明のＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧・電流関係図本発明のＤＣ／ＤＣコンバータ制御フローチャート

以下、本発明に係わる分散直流電源制御回路の実施形態について説明する。
近年問題になっている地球温暖化は二酸化炭素の排出が大きな原因の一つである。クリーンなエネルギー源として太陽電池は有効である。
しかし太陽電池は発電効率が２０%前後で電力密度が低いために広範囲に分散設置される。多数の分散直流電源と負荷装置が直流送電線路によって接続される。

広範囲に分散設置した複数の分散直流電源の発生電力を直流送電線路経由で負荷装置に送電する場合、各分散直流電源の出力電流に対する電圧低下量を設定することによって、直流送電線路においてその分散直流電源より供給する電流の分担量を制御する。

太陽電池などの分散直流電源の発電電力は時間、天候などの影響を受けるために不安定である。本発明は分散直流電源の出力電圧設定値を一時的に変動することによって、その分散直流電源の最大発電可能電力を計測し、その最大発電可能電力に対応する最大出力可能電流設定値を設定する。

各分散直流電源の前記最大発電可能電力に相当する最大出力可能電流を基準として、各分散直流電源の出力電流に対する電圧低下量の設定を行う。送電線路電流の分担量を前記各分散直流電源の前記最大出力可能電流に応じて設定する事が可能となる。

単独運転を判定することによって、単独運転によって直流送電線路が充電状態のままとなる等の状態を回避可能となる。

図１の分散直流電源１０ａ〜１０ｎは太陽電池パネル１１ａ〜１１ｎと、太陽パネル間の電流の逆流を防止する逆流防止整流器１２ａ〜１２ｎとＤＣ／ＤＣコンバータ１３ａ〜１３ｎと、伝送制御回路１５ａ〜１５ｎと、で構成されている。上記分散直流電源１０ａ〜１０ｎは直流送電線路１に並列に接続されている。直流送電線路１には負荷装置２０ａ〜２０ｍも並列に接続されている。
分散直流電源１０ａ〜１０ｎ内の伝送制御回路１５ａ〜１５ｎと、中央監視制御装置３０内の伝送制御回路３５と、は伝送線路２で接続されている。

図２は前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３（図１においては１３ａ〜１３ｎ）の内部回路の例をブロック図で示したものである。前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は伝送制御回路１５（図１においては１５ａ〜１５ｎ）、伝送路２を経由して中央監視装置３０と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３（図１においては１３ａ〜１３ｎ）の運転状態、故障内容などの監視信号及び運転制御信号を送受信するだけでなく、下記制御データを中央監視装置３０より受信する。
Ｖｓｍｘ最大出力電圧設定値
Ｖｍｘ直流送電線路最大出力電圧設定値
Ｖｓｍｎ直流送電線路最小出力電圧設定値
また前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３内の各部の計測値、設定値などは伝送制御回路１５（図１においては１５ａ〜１５ｎ）、伝送路２を経由して中央監視装置３０に送信する。
下記制御データは前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３（図１においては１３ａ〜１３ｎ）内の設定器によって装置固有の制御データとして設定される。
Ｖｍａｘ装置最大出力可能電圧
Ｉｍａｘ装置最大出力可能電流
下記制御データは中央監視装置３０よりデータを受信する、あるいは請求項２によって推定した最大出力可能電力に相当する電流値を設定する。
Ｉｓｍｘ最大出力電流設定値

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３（図１においては１３ａ〜１３ｎ）内の電流計測部５１、電圧計測部５２において各回路部の電流値、電圧値を計測する。ＰＷＭ制御部５３は制御回路５６からの指令によって、ＰＷＭ制御信号を絶縁手段４９経由でスイッチング素子４１に送信することにより出力部電圧を制御する。電流制限回路５４は出力電流計測値Ｉｏが装置最大出力可能電流Ｉｍａｘを超えた場合に制御回路５６に対して電流制限信号を発信する。同様に電圧制限回路５５は出力電圧計測値Ｖｏが装置最大出力可能電圧Ｖｍａｘを超えた場合に制御回路５６に対して電圧制限信号を発信する。制御回路５６は前記電流制限信号、電圧制限信号を受信した場合、ＰＷＭ制御部５３への信号を制御することによって電流あるいは電圧の上昇を抑制する。

前記制御回路５６が前記電流制限信号、電圧制限信号を受信しない状態においては伝送制御回路１５を経由して監視制御回路５７の内部に設定された制御データを使用して、図４のフローチャートにしたがって制御される。

図４のフローチャートにおいては直流送電線路１と分散直流電源１０（図１においては１０ａ〜１０ｎ）との接続点すなわち連系点の電圧計測値Ｖｌ即ち分散直流電源１０（図１においては１０ａ〜１０ｎ）の出力電圧計測値Ｖｏ、及び分散直流電源１０（図１においては１０ａ〜１０ｎ）の出力電流計測値Ｉｏが図３における図形ＯＨＣＥＬ内になるように制御される。従って直流送電線路電圧計測値Ｖｌが直流送電線路最大出力電圧設定値Ｖｍｘ以下の場合は出力電流計測値Ｉｏが増加すると出力電圧計測値Ｖｏが一定の割合で低下する。

直流送電線路１に接続されている負荷装置の電流が増加して直流送電線路１の直流送電線路電流が増加した場合、分散直流電源１０ａ〜１０ｎは共通の直流送電線路１に並列に接続されているので各分散直流電源の出力電流計測値Ｉｏが増加する。各分散直流電源の出力電流計測値Ｉｏが増加すると出力電圧計測値Ｖｏが低下する。各分散直流電源１０ａ〜１０ｎは各出力電圧計測値Ｖｏが同じ値になる各分散直流電源１０ａ〜１０ｎの出力電流計測値Ｉｏにおいて直流送電線路電流を分担する状態で安定する。

各分散直流電源１０ａ〜１０ｎが出力可能な電流は各分散直流電源１０ａ〜１０ｎ内の太陽電池パネル１１ａ〜１１ｎの発生電力、従って天候などの影響を受ける。

一時的に直流電源内の出力電圧設定値Ｖｓｏを各分散直流電源１０ａ〜１０ｎの内部制御あるいは外部からの設定によって設定値の変更を行い、その直流電源が分担する直流送電線路電流の分担量を増加した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３ａ〜１３ｎの出力電圧設定値Ｖｓｏを増加しても、出力電圧計測値Ｖｏ、出力電流計測値Ｉｏ共にをそれ以上増加することができなくなる状態における分散直流電源１０ａ〜１０ｎの出力電力が最大出力可能電力である。前記最大出力可能電力発生時における出力電流計測値Ｉｏを最大出力可能電流設定値Ｉｓｍｘとして設定することによって、各分散直流電源１０ａ〜１０ｎの発生可能電力を基準とした、各分散直流電源１０ａ〜１０ｎによる直流送電線路１の電流の分担が可能となる。

また分散直流電源１０ａ〜１０ｎが直流送電線路１によって連系運転する場合、直流送電線路１の線路の切断、あるいは事故による他分散直流電源の遮断等によって分散直流電源が単独状態となった場合、単独運転による感電事故などが発生して安全を脅かすおそれがある。このため、分散直流電源の単独運転状態を検出することによって、分散直流電源の単独運転を防止する機能が不可欠である。

単独運転状態でない場合、分散直流電源の出力電圧設定値Ｖｓｏを変動することによって、その分散直流電源の出力電流計測値Ｉｏが変動する。しかし単独運転状態においてはこの電流変化が少ない。出力電圧設定値Ｖｓｏの設定変更を定期的かつ一次的に行い、その変更によって生ずる出力電流計測値Ｉｏの変化が閾値以内であることによって、当該分散直流電源が単独運転状態であると判定することが可能である。

１直流送電線路
２伝送線路
１０（１０ａ〜１０ｎ）分散直流電源
１１（１１ａ〜１１ｎ）太陽電池パネル
１２（１２ａ〜１２ｎ）逆流防止整流器
１３（１３ａ〜１３ｎ）ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５（１５ａ〜１５ｎ）伝送制御回路
２０（２０ａ〜２０ｍ）負荷装置
２５（２５ａ〜２５ｍ）伝送制御回路
３０中央監視制御装置
３５伝送制御回路
４１スイッチング素子
４２変圧器
４３整流器
４４整流器
４５整流器
４６リアクトル
４７コンデンサ
４８電流計測抵抗
４９絶縁手段
５１電流計測部
５２電圧計測部
５３ＰＷＭ制御部
５４電流制限回路
５５電圧制限回路
５６制御回路
５７監視制御回路
Ｖｓｍｘ最大出力電圧設定値
Ｖｍａｘ装置最大出力可能電圧
Ｖｍｘ直流送電線路最大出力電圧設定値
Ｖｓｏ出力電圧設定値
Ｖｏ出力電圧計測値
Ｖｓｍｎ直流送電線路最小出力電圧設定値
Ｖｌ直流送電線路電圧計測値
Ｉｍａｘ装置最大出力可能電流
Ｉｓｍｘ最大出力可能電流設定値
Ｉｓｏ出力電流設定値
Ｉｏ出力電流計測値

Claims

複数の分散直流電源と、前記分散直流電源が並列に接続する直流送電線路と、で構成される分散直流電源連系システムにおいて、前記分散直流電源の出力部に出力電流の逆流を防止し、出力電圧および出力電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに内部設定器あるいは外部より伝送によって前記ＤＣ／ＤＣコンバータ内に直接設定される、あるいは設定器によって内部設定される、Ｖｓｍｘ（最大出力電圧設定値）、Ｖｓｍｎ（直流送電線路最小出力電圧設定値）、Ｉｓｍｘ（最大出力可能電流設定値）を用いて、Ｖｓｍｘより前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧計測値すなわち分散直流電源と直流送電線路の接続点である連系点における直流送電線路電圧計測値（Ｖｏ）を減じた値を、ＶｓｍｘよりＶｓｍｎを減じた値で除した値に、Ｉｓｍｘを乗じた値、即ち（Ｖｓｍｘ―Ｖｏ）Ｉｓｍｘ／（Ｖｓｍｘ―Ｖｓｍｎ）を出力電流設定値の目標値として、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力電流計測値を前記目標値に等しくなるように制御する、また前記分散直流電源の前記出力電圧計測値が直流送電線路最大出力電圧設定値を超えないように、さらに前記分散直流電源の前記出力電流計測値が前記最大出力可能電流設定値を超えないように制御することによって、各々の前記分散直流電源の前記直流送電線路における電流分担率を制御することを特徴とする分散直流電源制御回路。
前記分散直流電源の前記出力電圧設定値をＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路内部制御回路あるいは外部からの伝送によって一時的に設定値と異なる値に設定変更し、前記分散直流電源の出力電流を変動させて、その時の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧、出力電流の変化を計測することにより、出力電圧計測値が直流線路の定格値範囲内における出力電流計測値の最大値を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記最大出力可能電流設定値として設定することを特徴とする請求項１の分散直流電源制御回路。
分散直流電源の前記出力電圧設定値を一時的に設定値と異なる値に変更した時、前記出力電流計測値の変動量が閾値より少ないことを出力電流計測回路によって計測することによって、前記分散直流電源が所定の状態であると判定することを特徴とし、前記所定の状態とは、複数の設置者の発電設備、負荷設備等が接続されている直流線路において、事故等によって前記直流線路に接続されている発電設備が直流線路より切り離された状態で１つの発電設備のみが前記直流線路に接続した状態で電力を供給している状態である請求項１の分散直流電源制御回路。