JP5390262B2 - 太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、多数台のPCSが並列接続されて構成される大規模太陽光発電システムにおいては、個々のPCSの出力電力による電圧抑制方法が不明であった。その理由は、従来PCSは力率=1で運転され、PV出力電力による電圧変動抑制は行われていないのが通常であり、仮に行なわれていたとしても、電力系統に多数並列接続されて構成される太陽光発電システムでは、電力系統に多数のPCSからの合計された電力が流れ、合計した電力変動による電圧変動が現れるので、各PCSの出力電力変動による電圧変動を明確にする方法が明らかにされていなかったからである。
本発明は、上述した不都合を解消し、大規模太陽光発電システムにおけるPCSの動作力率の悪化を抑え、高変換効率を維持しつつ電力系統の電圧変動を抑制できる太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を提供することを目的とする。
請求項2記載の発明に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置は、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流に変換しかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続された接続点の検出電圧を取り込みこれら電圧の電圧差を求める電圧差検出回路と、前記電圧差検出回路からの電圧差と前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を取り込み、これら基に電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求める線路定数演算回路と、当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路と、前記有効電力・無効電力検出回路からの当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数演算回路からの線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路と、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナーの無効電力を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
請求項3記載の発明では、請求項2記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、前記制御回路は、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値を取り込むとともに、前記電圧差検出回路からの電圧差を取り込み、多数台並列に接続されたパワーコンディショナーのうち他のパワーコンディショナーより容量の大きなパワーコンディショナーによって、他の各パワーコンディショナーの制御によって電力系統連系点から並列接続点までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を当該容量の大きなパワーコンディショナーの無効電力を制御することにより補償することを特徴とする。
請求項4記載の発明では、請求項2又は3記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、各パワーコンディショナー毎に線路定数演算回路を設けず、一つのパワーコンディショナー側に線路定数演算回路を設け、この線路定数演算回路で求めた線路定数を他のパワーコンディショナーの制御装置で使用することを特徴とする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
まず、図1を参照して本発明の第1実施形態に係るパワーコンディショナーの制御方法が適用される太陽光発電システムについて説明する。
また、パワーコンディショナーの制御装置171,172,173,…は、同一構成要素で構成されているので、図1では、パワーコンディショナーの制御装置173を代表して説明するものとする。
電力系統13の電力系統連系点13pの電圧は連系点電圧検出器(PT)19で検出され、パワーコンディショナーの制御装置173の電圧差検出回路1731の一方の入力端子に入力される。また、PCS接続点9の電圧は、PCS接続点電圧検出器(PT)21で検出されてパワーコンディショナーの制御装置173の電圧差検出回路1731の他方の入力端子に入力される。
パワーコンディショナーの制御装置173の電圧差検出回路1731では、前記PCS接続点9の電圧と、電力系統連系点13pの電圧との電圧差ΔVを求める。この電圧差検出回路1731で求めた電圧差ΔVは、線路定数演算回路1732に与えられる。また、電力系統に流れ込む電流は、電流検出器(CT)25で検出されてパワーコンディショナーの制御装置173の線路定数演算回路1732に与えられる。さらに、PCS接続点9のPCS接続点電圧は、PCS接続点電圧検出器(PT)21で検出されて、線路定数演算回路1732に入力される。
線路定数演算回路1732で求めた線路定数は、電圧降下計算回路1734の一方の入力端子に入力される。また、有効電力・無効電力検出回路1733で求めた有効電力P3と無効電力Q3とは、電圧降下計算回路1734の他方の入力端子に入力される。
電圧降下計算回路1734では、前記線路定数演算回路1732からの線路定数と有効電力・無効電力検出回路1733からの有効電力P3と無効電力Q3とから電圧降下値ΔVdを求める。この求めた電圧降下値ΔVdは、制御回路1735に入力される。
なお、電圧差検出回路1731では、系統連系点電圧Vsと電圧Vpcsの電圧差ΔVを次の数式1のように計算している。
ΔV=Vs−Vpcs
図2は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を説明するための図であって、図2(a)が線路定数を説明するための図である。
図2(a)において、PCS接続点9にPCS用変圧器7の出力が接続されている。PCS接続点9と電力系統連系点13pとの間には、構内配電線11及び昇圧用変圧器15から構成される線路定数(RT+jXT)が配置されている。ここで、RTは線路定数の抵抗分である。XTは線路定数のリアクタンス分である。jは虚数を表す。なお、電力系統連系点13pには、背後送電線31を介して系統背後点33が接続されている。また、電力系統連系点13pには、負荷35が接続されている。この負荷35には、複数のPSCから構内配電線11及び昇圧用変圧器15を介して図示矢印Cpに示すような方向の潮流が流れ込んでいる。同様に、この負荷35には、系統背後点33から背後送電線31を介して図示矢印Cmに示すような方向の潮流が流れ込んでいる。
時刻t1において、有効P1,無効電力Q1は、数式2に示すように各パワーコンディショナー51,52,53,…から出力される各電力Pi,Qiの合計となる。
P1=ΣPi(t1),Q1=ΣQi(t1)
また、時刻t1において、電圧差ΔV1は、数式3で与えられる。
ΔV1=RT・P1+XT・Q1
同様に、時刻t2において、有効P2,無効電力Q2は、数式4に示すように各パワーコンディショナー51,52,53,…から出力される各電力Pi,Qiの合計となる。
P2=ΣPi(t2),Q1=ΣQi(t2)
また、時刻t2において、電圧差ΔV2は、数式5で与えられる。
ΔV2=RT・P2+XT・Q2
線路定数演算回路1732では、これら数式1〜数式4を基に、線路定数の抵抗分RTを数式6で求めている。
RT=(ΔV1・Q2−ΔV2・Q1)/(P1・Q2−P2・Q1)
また、線路定数演算回路1732では、これら数式1〜数式4を基に、線路定数のリアクタンス分XTを数式7で求めている。
XT=(ΔV1・P2−ΔV2・P1)/(P2・Q1−P1・Q2)
電圧降下計算回路1734では、前記有効電力・無効電力検出回路1733で求めたパワーコンディショナー53の有効電力P3及び無効電力Q3と、前記線路定数演算回路1732から入力された線路定数(RT+jXT)とから数式8のようにして電圧降下値ΔVdを求めている。
ΔVd=RT・P3+XT・Q3
まず、系統背後点(例えば発電機)33から負荷35に流れる潮流(矢印Cm)による電圧降下は、系統背後点33が電力系統連系点13pから遠ざかるほど背後送電線31のリアクタンスが大きくなるので、低下する(図2(b)矢印y1)。
一方、太陽光発電用パワーコンディショナー51,52,53,…から電力系統連系点13p側に流れる電流による電圧降下は、一般にあるいは従来、太陽光発電用パワーコンディショナー51,52,53,…が力率=1で運転される(無効電流を流さない)ため、構内配電線11及び昇圧用変圧器15から構成される線路定数(RT+jXT)の抵抗分(RT)による電圧降下を生じ、系統に向かって下がっていく(図(b)の矢印y2)。したがって、太陽光発電用パワーコンディショナー51,52,53,…の出力が大きくなればなるだけPCS接続点(末端)9の電圧が上昇することになる。
そこで、本発明では、太陽光発電用パワーコンディショナー51,52,53,…の力率=1となる運転をやめ、無効電力を有効電力による電圧降下を補償するように流し(無効電力制御し)、太陽光の有効電力による電圧降下を抑制している。
ここで、一般的にあるいは従来のように太陽光発電用パワーコンディショナー51,52,53,…が力率=1で運転れさている場合において、PCS接続点9から負荷35に流れる潮流(図2(a)矢印Cp)と、連係背後点33から負荷35に流れる潮流(図2(a)矢印Cm)とにより、電力系統連系点13pの電圧は図2(b)の符号U1のようにようになる。
一方、本発明のように、太陽光発電用パワーコンディショナー51,52,53,…の力率=1となる運転をやめ、無効電力を有効電力による電圧降下を補償するように流し(無効電力制御し)てやると、電力系統連系点13pの電圧は図2(b)の符号U2のようにようになる。
つまり、図2(b)符号U1の電圧と、図2(b)符号U2の電圧との差がPCSの無効電力制御による電圧変動の抑制分を表している。
なお、図2(b)に示すΔVは、電力系統連系点13pからPCS接続点9までの太陽光発電用パワーコンディショナー51,52,53,…の出力(有効電力)変動による電圧降下(上昇)を示している。
上述したパワーコンディショナーの制御装置によれば、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができる。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。この図3に示す太陽光発電システム1におけるパワーコンディショナーの制御装置173以外のパワーコンディショナーの制御装置171,172は、図1に示す第1の実施形態に係るパワーコンディショナーの制御装置173と全く同一構成であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略するものとする。
この第2の実施形態によれば、電圧指令値ΔVpに電力系統連系点13pからPCS接続点9までの電圧降下(電圧差ΔV)を反映させることにより、各パワーコンディショナー51,52,…の制御によって電力系統連系点13pからPCS接続点9までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を、最大のパワーコンディショナー53の無効電力を制御することにより補償している。
図4は、本発明の第3の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
この図4に示す第3の実施形態に係る太陽光発電システム1におけるパワーコンディショナーの制御装置171,172,173,…のうちの一つに、例えばパワーコンディショナーの制御装置173に線路定数演算回路1732を設け、他のパワーコンディショナーの制御装置171,172…には、線路定数演算回路1732を設けず、他のパワーコンディショナーの制御装置171,172,…では、前記パワーコンディショナーの制御装置173の線路定数演算回路1732から線路定数を取り込むようにしたものである。
図5は、本発明の第3の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置の関係を説明するためのブロック図である。
この図5においては、パワーコンディショナーの制御装置173に線路定数演算回路1732を設けてこれをマスターとし、他のパワーコンディショナーの制御装置171,172,…,17nには線路定数演算回路1732を設けずにパワーコンディショナーの制御装置173の線路定数演算回路1732から線路定数を取り込みようにしてスレーブとするような関係を示している。
この第3の実施形態によっても、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができるほか、線路定数演算回路1732を一つ設ければよいので、構成が簡易になる。
以上、電圧変動抑制制御装置の動作を分かりやすくするためにブロック図を元に説明したが、制御装置は実際にはマイクロプロセッサ等の計算機によるソフトウエアで実現されることになり、実現の手段は問わない。
31,32,33,… 太陽光発電アレイ
51,52,53,… パワーコンディショナー
71,72,73,… PCS用変圧器
9 PCS接続点
13 電力系統
13p 電力系統連系点
15 昇圧用変圧器
171,172,173,… パワーコンディショナーの制御装置
1731 電圧差検出回路
1732 線路定数演算回路
1733 有効電力・無効電力検出回路
1734 電圧降下計算回路
1735 制御回路
C35,CP35 比較器
A35 定電圧制御回路
L35 PCS制御器
19 連系点電圧検出器(PT)
21 PCS接続点電圧検出器(PT)
23 PCS出力電圧検出器(PT)
25 電流検出器(CT)
31 背後送電線
Claims (4)
- 太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流に変換しかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法において、
各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧と前記並列接続された接続点の検出電圧との電圧差を求め、この電圧差と前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を基に、電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求め、かつ、パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求め、このパワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数から電圧降下値を求め、この電圧降下値がなくなるように前記パワーコンディショナーの無効電力を制御することを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法。 - 太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流に変換しかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、
各パワーコンディショナー毎に、
電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続された接続点の検出電圧を取り込みこれら電圧の電圧差を求める電圧差検出回路と、
前記電圧差検出回路からの電圧差と前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を取り込み、これら基に電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求める線路定数演算回路と、
当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路と、
前記有効電力・無効電力検出回路からの当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数演算回路からの線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路と、
前記電圧降下計算回路からの電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナーの無効電力を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。 - 前記制御回路は、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値を取り込むとともに、前記電圧差検出回路からの電圧差を取り込み、多数台並列に接続されたパワーコンディショナーのうち他のパワーコンディショナーより容量の大きなパワーコンディショナーによって、他の各パワーコンディショナーの制御によって電力系統連系点から並列接続点までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を当該容量の大きなパワーコンディショナーの無効電力を制御することにより補償することを特徴とする請求項2記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
- 各パワーコンディショナー毎に線路定数演算回路を設けず、一つのパワーコンディショナー側に線路定数演算回路を設け、この線路定数演算回路で求めた線路定数を他のパワーコンディショナーの制御装置で使用することを特徴とする請求項2又は3記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
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