JP5220159B2 - パワーコンバータのアドレス自動設定方法及びこの方法を適用した太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置に複数の設備機器（パワーコンバータ）を順次接続した設備システムに関し、更に詳しくは、各設備機器に識別情報（アドレス）を重複することなく自動的に設定する方法及びこの方法を適用した太陽光発電システムに関する。

従来、この種のアドレス自動設定方法を使ってアドレス設定を行う設備システムとして、例えば太陽光発電システムがある。太陽光発電システムは、建物の屋根などに太陽電池モジュールを複数配設した太陽電池アレイを有し、太陽電池アレイで発電された直流電力を送電ケーブルを介してパワーコンバータ（以下、パワコンという）へ送電し、パワコンで交流電力に変換した後、電力搬送線を介して負荷機器へと供給するものである。業務用など大規模な太陽光発電システムでは、太陽電池アレイが複数設置され、パワコンも太陽電池アレイ数に合わせて複数設置される場合が多い。

このようにパワコンを複数設置する場合、複数のパワコンは制御装置に対して順次バスライン（通信路）で接続され、それぞれに通信用のアドレスが重複無く設定される。そして、そのアドレスにより個別に選択されて制御装置により作動制御される。

各パワコンのそれぞれにアドレスを重複無く設定する方法としては、例えば各パワコンに備えられたディップスイッチを設備管理者が手動で設定する方法がある。しかしながら、この方法では設定ミスが生じる場合があり、設定ミスによりアドレスが重複した場合には正常な動作を望むことはできない。

そこで、バスライン上に順次接続された各機器に重複無くアドレスを自動的に設定する方法として、従来より、各機器のそれぞれに通信路の開閉を行う開閉スイッチとマイクロコンピュータ（マイコン）とを設け、開閉スイッチをマイコンで制御することによりアドレスを重複無く自動設定可能とした技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１１６５６５号公報（第３頁−第４頁、図１）

しかしながら、上記特許文献１の技術では、開閉スイッチを各機器内にそれぞれ設けているため、機器のコストアップや接点不良による誤動作があるという問題や、開閉スイッチが故障してオープン状態となった場合、全ての機器との通信が不可となるという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、通信路に開閉スイッチを設けること無しに各パワーコンバータへのアドレスを重複無く最前段から最後段まで順番に自動設定することが可能なパワーコンバータのアドレス自動設定方法及びこの方法を適用した太陽光発電システムを得ることを目的とする。

本発明に係るパワーコンバータのアドレス自動設定方法は、制御装置と、制御装置に通信路を介して順次接続され、それぞれ個別のアドレスが設定されて制御装置により制御される複数のパワーコンバータとを備えた太陽光発電システムにおけるパワーコンバータのアドレス自動設定方法であって、複数のパワーコンバータの出力が電力搬送線によって並列接続され、各パワーコンバータから出力されて電力搬送線へと供給された電力搬送線上の電流を各パワーコンバータのそれぞれに対応して設けた電流測定手段により測定し、制御装置はパワーコンバータの最小電流値を初期アドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を各パワーコンバータに出力し、各パワーコンバータはアドレス設定命令信号が入力されると、自己のパワーコンバータ対応の電流測定手段で測定された電流値と、入力されたアドレス設定信号のアドレスとを比較し、合致する場合、この値を自分のアドレスとして設定すると共に合致信号を制御装置に出力し、制御装置は、合致信号の入力があると、前回のアドレス設定命令信号で設定指示した値に最小電流値を加算した電流値を次のアドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を各パワーコンバータに出力する動作を合致信号の入力が無くなるまで繰り返し行い、各パワーコンバータそれぞれにアドレスを重複無く自動設定するものである。

本発明によれば、通信路に開閉スイッチを設けること無しに（パワーコンバータ内に開閉スイッチを設けること無しに）、各パワーコンバータに対して最前段から最後段まで順番にアドレスを重複無く自動設定することが実現可能となる。

本発明の実施の形態１に係る設備機器（パワコン）３のアドレス自動設定方法を適用した太陽光発電システム全体の構成を示すブロック図である。 図１のパワコン３のＣＰＵ７によるアドレス設定処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る設備機器（パワコン）３のアドレス自動設定方法を適用した太陽光発電システム全体の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る設備機器（パワコン）３のアドレス自動設定方法を適用した太陽光発電システム全体の構成を示すブロック図である。 図４のパワコン３のＣＰＵ７によるアドレス設定処理を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る設備機器のアドレス自動設定方法が適用された太陽光発電システム全体の構成を示すブロック図である。
太陽光発電システムは、複数の太陽電池アレイ１を有し、各太陽電池アレイ１で発電した直流電力を太陽電池アレイ１毎に設けた設備機器としてのパワコン３に送電ケーブル２により送電し、各パワコン３で交流電力に変換する。そして、各パワコン３で変換された交流電力を並列接続された電力搬送線４で送電するものである。

太陽光発電システムは、各パワコン３を制御するための制御装置５を備えており、この制御装置５に通信路６により各パワコン３が順次接続され、制御装置５と各パワコン３とが互いに通信可能となっている。なお、図１に示したように順次接続された各パワコン３の一端側（最前段）から他端側（最後段）に、順にパワコン３−１、パワコン３−２、パワコン３−３と符号を付し、必要に応じてそれぞれ区別して用いる。

制御装置５は、パワコン３の動作を制御する制御信号を通信路６を介して送信するとともに、後述のアドレス設定命令信号を通信路６上に出力する。通信路６上に出力された信号は、最前段のパワコン３−１にまず伝達され、その後、パワコン３−２、パワコン３−３へと順次伝達される。

パワコン３は、パワコン３全体を制御するＣＰＵ７と、通信路６を介して他のパワコン３や制御装置５との通信を制御する通信路コントローラ８とを備え、通信路６上のデータは通信路コントローラ８を介してＣＰＵ７に入力される。

ＣＰＵ７は、入力された信号に応じて各部を制御する。また、ＣＰＵ７は、自己パワコン３にアドレスが設定されていない間は、後述の高周波重畳手段１０による高周波の重畳をＯＮして次段のパワコン３に高周波信号が入力されるように制御し、また、自己パワコン３にアドレスが設定された場合には、後述の高周波重畳手段１０による高周波の重畳をＯＦＦして高周波の重畳を停止させる制御を行うとともに、後述の図２のフローチャートの制御を行う。

パワコン３は、外部機器（制御装置５や他のパワコン３）と接続するための２つの接続コネクタＡと接続コネクタＢとを備えている。通信路コントローラ８と一方の接続コネクタＢとの間の通信路６上には、高周波の伝達を遮る高周波カット手段９が接続されており、その一方の接続コネクタＢに次段のパワコン３が接続されている。なお、以下では、高周波カット手段９が接続されている側の接続コネクタを接続コネクタＢ、高周波カット手段９が接続されていない側の接続コネクタを接続コネクタＡとして区別する。

パワコン３は更に、自己パワコン３に入力されたアドレス設定命令信号に高周波を重畳して次段のパワコン３のＣＰＵ７に高周波信号を入力させる高周波重畳手段１０を備えている。高周波重畳手段１０は具体的には例えば発振器で構成されており、高周波重畳手段１０の入力線はＣＰＵ７に接続され、出力線は高周波カット手段９と接続コネクタＢとの間の通信路６上に接続されている。

高周波重畳手段１０は、ＣＰＵ７からの命令によって高周波の重畳をＯＮ／ＯＦＦするように構成され、ＯＮの場合、高周波重畳手段１０の出力線が接続される通信路６に高周波を重畳する。これにより、自己パワコン３の高周波カット手段９と次段のパワコン３の高周波カット手段９との間の通信路６には高周波が重畳され、次段のパワコン３のＣＰＵ７には、高周波が重畳された信号が伝達されることになる。なお、高周波重畳手段１０がＯＮの場合でも、自己パワコン３内のＣＰＵ７には、高周波カット手段９により高周波が遮られるため高周波信号は伝達されない。すなわち、高周波重畳手段１０は、あくまでも次段のパワコン３に高周波信号を入力させるための手段であって、自己パワコン３に入力する手段ではない。また、制御装置５は、最前段のパワコン３の接続コネクタＡに接続されている。

次に、こうした構成を有する太陽光発電システムにおける各パワコン３のアドレス設定方法を説明する。
ここではまず、太陽光発電システムにおける各パワコン３へのアドレス設定方法を説明するに先立って、制御装置５から出力されたアドレス設定命令信号がパワコン３に入力されたときのパワコン３におけるアドレス設定動作について説明する。

図２は、パワコン３のＣＰＵ７によるアドレス設定処理の流れを示すフローチャートである。
パワコン３のＣＰＵ７は、アドレス未設定時に制御装置５から出力されたアドレス設定命令信号が通信路コントローラ８を介して入力されると（Ｓ１）、高周波信号が入力されているかを判断する（Ｓ２）。高周波信号が入力されていないと判断した場合、ＣＰＵ７はアドレス設定命令信号に従って自己パワコン３にアドレス設定を行い（Ｓ３）、制御装置５に設定完了信号を返信する（Ｓ４）。一方、ステップＳ２で高周波信号が伝達されていると判断した場合、入力されたアドレス設定命令信号を無効とし（Ｓ５）、アドレス設定を行わずに処理を終了する。なお、アドレスが既に設定済の状態でアドレス設定命令信号が入力された場合には、高周波信号が入力されている、されていないに関わらず、受信したアドレス設定命令信号を無効として処理を終了する。

次に、太陽光発電システムにおける各パワコン３のアドレスの自動設定動作について、図１及び図２を参照して説明する。ここでは、パワコン３−１、 ３−２、３−３に、順に１〜３のアドレスを設定するものとして説明する。
各パワコン３にアドレスが設定されていない状態では、各パワコン３の高周波重畳手段１０は高周波の重畳をＯＮにコントロールされている。高周波重畳手段１０による高周波は、上述したように自己パワコン３内の高周波カット手段９によって遮られるので自分のＣＰＵ７には入力信号として伝達されないが、次段に接続されたパワコン３には伝達される。したがって、全パワコン３のアドレスが未設定の初期状態では、最前段のパワコン３−１のＣＰＵ７以外のパワコン３−２、３−３のＣＰＵ７に高周波信号が伝達された状態となっている。

制御装置５は、各パワコン３にアドレスを自動設定するため、まず、パワコン３へのアドレス設定命令信号（ＩＤ=１）を通信路６に出力する。このアドレス設定命令信号は高周波信号ではないため、高周波カット手段９を通過して各パワコン３に伝わる。この時、上述したように最前段のパワコン３−１には高周波信号が伝達されていないが、パワコン３−２、３−３のＣＰＵ７には高周波が伝達されている。

最前段のパワコン３−１のＣＰＵ７は、制御装置５から出力されたアドレス設定命令信号が入力されると（Ｓ１）、高周波信号が自己に入力されているかを判断し（Ｓ２）、ここでは高周波信号が入力されていないため、制御装置５からの命令に従ってアドレス設定命令を処理し、自分のアドレスを「１」に設定する（Ｓ３）。そして、設定が完了した旨の設定完了信号を制御装置５に返信する（Ｓ４）と共に、高周波重畳手段１０による高周波の重畳をＯＦＦにする。一方、パワコン３−２及びパワコン３−３のＣＰＵ７でも同様にアドレス設定命令信号を受信するが、パワコン３−２及びパワコン３−３には上述したように高周波信号が入力されているため、入力されたアドレス設定命令信号を無効として処理し（Ｓ５）、アドレス設定は行わない。

制御装置５は設定完了信号を受信すると、次の２番目のアドレスを設定するためのアドレス設定命令信号（ＩＤ=２）を通信路６上に出力する。パワコン３−１には既にアドレスが設定されているため、パワコン３−１はこの命令を無効として処理する。また、パワコン３−１の高周波重畳手段１０は、上記の最初のアドレス設定の際にＯＦＦに制御されているため、パワコン３−２のＣＰＵ７には高周波が入力されていない。したがって、パワコン３−２はアドレス設定命令信号に従って「２」を自分のアドレスとして設定するとともに、設定完了信号を制御装置５に返信し、高周波重畳手段１０をＯＦＦにする。パワコン３−３のＣＰＵ７は、上記と同様に高周波信号が入力されているため、アドレス設定命令信号を無効として処理する。

制御装置５は設定完了信号を受信すると、同様にしてアドレス設定命令信号（ＩＤ=３）を通信路６上に出力し、パワコン３−３にアドレス「３」を設定した後、パワコン３へのアドレス設定命令信号（ＩＤ=４）を通信路６上に出力する。この時、全てのパワコン３には既にアドレスが設定されているため、各パワコン３は、入力したアドレス設定命令信号を無効として処理する。したがって、この場合、何れのパワコン３からも制御装置５に設定完了信号が返信されないこととなり、制御装置５は、一定期間の間に返信がない場合、全てのパワコン３のアドレス設定が終了したと認識する。

こうして、パワコン３−１には「１」、パワコン３−２には「２」、パワコン３−３には「３」と、全てのパワコン３（３−１、３−２、３−３）にアドレスを重複無く自動設定することができる。

このように本実施の形態１によれば、通信路６に開閉スイッチを設けること無しに（パワコン３内に開閉スイッチを設けること無しに）、各パワコン３に対して最前段から最後段まで順番にアドレスを重複無く自動設定することが実現可能となる。これにより、上記従来の開閉スイッチを用いた場合のシステム全体及び個々のパワコン３のコストアップを低減できる。また、高周波カット手段９は具体的には例えばコイルで構成されるため、開閉スイッチに比べて安価でありコスト低減が可能である。また、開閉スイッチが不要なため、制御装置５と各パワコン３は開閉スイッチの接点不良による誤動作といった不都合も解消できる。また、上記従来のように開閉スイッチが故障してオープン状態となった場合に全ての機器との通信が不可となるといった問題も解消できる。

また、本例はコイル（高周波カット手段９）と発振器（高周波重畳手段１０）とを用いており、従来の開閉スイッチのような機械的なスイッチに比べて耐用年数が長いため、個々のパワコン３の長寿命化が可能である。このため、メンテナンスの手間も軽減できる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る設備機器のアドレス自動設定方法が適用された太陽光発電システム全体を示すブロック図である。図３において、図１と同一部分には同一符号を付す。
上記実施の形態１では、パワコン３の接続コネクタＡ（高周波カット手段９が接続されていない通信路側の接続コネクタ）に制御装置５を接続した構成としていたが、実施の形態２では、パワコン３の接続コネクタＢ（高周波カット手段９が接続されている通信路側の接続コネクタ）に制御装置５を接続する構成としたものである。すなわち、図１及び図３に示すように実施の形態１と実施の形態２においてパワコン３自体の構成は全く同様であり、実施の形態１では、図１に示すように順次接続された複数のパワコン３の最前段のパワコン３の接続コネクタＡに制御装置５を接続していたが、実施の形態２では、最後段のパワコン３の接続コネクタＢに制御装置５を接続した構成としたものである。

このような接続構成とした場合にも、各パワコン３では上記実施の形態１と全く同様の動作が行なわれ、パワコン３−１には「１」、パワコン３−２には「２」、パワコン３−３には「３」がアドレスとして設定される。すなわち、アドレス設定開始時、全てのパワコン３の高周波重畳手段１０は高周波の重畳を行っており、パワコン３−１を除いてパワコン３−２及びパワコン３−３のＣＰＵ７に高周波信号が入力されている。したがって、実施の形態１と同様にまず、パワコン３−１に「１」がアドレス設定され、その後、パワコン３−２に「２」、パワコン３−３に「３」と、アドレスが順次、自動設定される。

このように図３に示した接続構成としても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る設備機器のアドレス自動設定方法を適用した太陽光発電システム全体の構成を示すブロック図である。図３において図１と同一部分には同一符号を付す。
実施の形態３の太陽光発電システムは、図１に示した実施の形態１のパワコン３から高周波重畳手段１０と高周波カット手段９とを削除するとともに、パワコン３から出力されて電力搬送線４へと供給された電力搬送線４上の電流を測定する電流測定手段１１を各パワコン３のそれぞれに対応して設けた構成としたものである。

各パワコン３の出力電流が例えば１０Ａ（アンペア）である場合、電流測定手段１１−３で検出される電流値は１０Ａとなる。ここで、各パワコン３の出力は、電力搬送線４によって並列接続されているため、電流測定手段１１−２で検出される電流値は１０＋１０＝２０Ａ、電流測定手段１１−１で検出される電流値は１０＋１０＋１０＝３０Ａとなる。このように各電流測定手段１１でそれぞれ測定された電流値は、それぞれ対応のパワコン３のＣＰＵ７に入力される。

また、制御装置５はパワコン３から出力される電流の最小電流値１０Ａの「１０」を予め内部に記憶しており、その「１０」を初期アドレスとして、順次「１０」を加算した値をアドレスとして設定指示するように構成されている。

以下、実施の形態３の太陽光発電システムにおける各パワコン３のアドレス自動設定方法を説明する。
ここではまず、太陽光発電システムにおける各パワコン３へのアドレスの設定方法を説明するに先立って、制御装置５から出力されたアドレス設定命令信号がパワコン３に入力されたときのパワコン３におけるアドレス設定動作について説明する。

図５は、パワコン３のＣＰＵ７によるアドレス設定処理を示すフローチャートである。
パワコン３のＣＰＵ７は、制御装置５からアドレス設定命令信号が入力されると（Ｓ１１）、アドレス設定命令信号で設定指示されたアドレス値と自己パワコン３に対応した電流測定手段１１の測定結果とを比較し（Ｓ１２）、合致した場合にはアドレス設定命令信号に従って自分のアドレスを設定する（Ｓ１３）。そして、合致信号を制御装置５に返信する（Ｓ１４）。ステップＳ１２で合致しなかった場合には、入力されたアドレス設定命令信号を無効とし（Ｓ１５）、アドレス設定を行わずに処理を終了する。

次に、太陽光発電システムにおける各パワコン３のアドレスの自動設定動作について、図４及び図５を参照して説明する。ここでは、パワコン３−１、 ３−２、３−３に、順に１０、２０、３０のアドレスを設定するものとして説明する。
制御装置５は、パワコン３から出力される電流の最小電流値１０Ａの「１０」を予め内部に記憶しており、その「１０」を初期アドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を各パワコン３に出力する。各パワコン３のそれぞれは、アドレス設定命令信号が入力されると（Ｓ１１）、アドレス設定命令信号で設定指示されたアドレス値（ここでは「１０」）と、それぞれ自己パワコン対応の電流測定手段１１の測定結果とを比較する（Ｓ１２）。ここでは、電流測定手段１１−１で測定した電流値が１０Ａであることから、パワコン３−１で比較結果が合致する。このため、パワコン３−１は「１０」を自分のアドレスとして設定し（Ｓ１３）、合致信号を制御装置５に返信する（Ｓ１４）。一方、パワコン３−２及びパワコン３−３では比較結果が合致しないため、入力されたアドレス設定命令信号を無効とする（Ｓ１５）。

制御装置５は合致信号を受信すると、次のアドレス「２０」を設定するためのアドレス設定命令信号を各パワコン３に出力する。各パワコン３はそれぞれ上記と同様の処理を行い、ここではパワコン３−２で比較結果が合致するため、パワコン３−２は「２０」を自分のアドレスとして設定する。制御装置５は、前回のアドレス設定命令で設定指示した値に最小電流値を加算した電流値を次のアドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を、各パワコン３に出力する動作を合致信号の入力が無くなるまで繰り返し行う。これにより、全てのパワコン３に順次、アドレスを重複無く自動設定することができる。

このように実施の形態３によれば、実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態１〜３のアドレス設定方法によれば、一部のパワコン３が故障した場合でも、新たなパワコン３を通信路６上に接続するとともに、一旦全てのパワコン３のアドレスを未設定にした後、再度、アドレス設定命令信号を出力することにより、アドレスの再設定を簡単に実施できる。よって、メンテナンスの手間も大幅に軽減可能となる。

なお、上述した実施の形態において設定した数値は一例であり、適応する太陽光発電システムに応じて適切に設定する必要がある。また、本発明では太陽光発電システムにおけるパワコン３のアドレス設定について記述したが、同様の接続形態を持つ設備システムに本発明を適応可能なことはいうまでもない。

１ 太陽電池アレイ、２ 送電ケーブル、３ パワコン、４ 電力搬送線、５ 制御装置、６ 通信路、８ 通信路コントローラ、９ 高周波カット手段、１０ 高周波重畳手段、１１ 電流測定手段。

Claims (2)

1. 制御装置と、該制御装置に通信路を介して順次接続され、それぞれ個別のアドレスが設定されて前記制御装置により制御される複数のパワーコンバータとを備えた太陽光発電システムにおけるパワーコンバータのアドレス自動設定方法であって、
   前記複数のパワーコンバータの出力が電力搬送線によって並列接続され、各パワーコンバータから出力されて前記電力搬送線へと供給された当該電力搬送線上の電流を各パワーコンバータのそれぞれに対応して設けた電流測定手段により測定し、
   前記制御装置は前記パワーコンバータの最小電流値を初期アドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を前記各パワーコンバータに出力し、
   前記各パワーコンバータは前記アドレス設定命令信号が入力されると、自己のパワーコンバータ対応の前記電流測定手段で測定された電流値と、前記入力されたアドレス設定信号のアドレスとを比較し、合致する場合、この値を自分のアドレスとして設定すると共に合致信号を前記制御装置に出力し、
   前記制御装置は、合致信号の入力があると、前回のアドレス設定命令信号で設定指示した値に前記最小電流値を加算した電流値を次のアドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を各パワーコンバータに出力する動作を合致信号の入力が無くなるまで繰り返し行い、各パワーコンバータそれぞれにアドレスを重複無く自動設定することを特徴とするパワーコンバータのアドレス自動設定方法。
2. 制御装置と、該制御装置に通信路を介して順次接続され、それぞれ個別のアドレスが設定されて前記制御装置により制御される複数のパワーコンバータとを備えた太陽光発電システムであって、
   前記複数のパワーコンバータの出力が電力搬送線によって並列接続され、各パワーコンバータから出力されて電力搬送線へと供給された電力搬送線上の電流を各パワーコンバータのそれぞれに対応して設けた電流測定手段により測定し、
   前記制御装置は前記パワーコンバータの最小電流値を初期アドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を前記各パワーコンバータに出力し、
   前記各パワーコンバータは前記アドレス設定命令信号が入力されると、自己のパワーコンバータ対応の前記電流測定手段で測定された電流値と、前記入力されたアドレス設定信号のアドレスとを比較し、合致する場合、この値を自分のアドレスとして設定すると共に合致信号を前記制御装置に出力し、
   前記制御装置は、合致信号の入力があると、前回のアドレス設定命令信号で設定指示した値に前記最小電流値を加算した電流値を次のアドレスとして設定指示するアドレス設定命令信号を各パワーコンバータに出力する動作を、合致信号の入力が無くなるまで繰り返し行い、各パワーコンバータそれぞれにアドレスを重複無く自動設定することを特徴とする太陽光発電システム。

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