JP5589141B2 - 太陽光発電システムの運転制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は太陽光発電システムにおける電力変換器（パワーコンディショナ）の運転制御装置に関する。
特許文献１には、太陽電池の発電電力を有効に利用できるものとして、電力変換装置と電力系統が接続される受電点の電圧上昇を、電力変換装置の有効電流出力を一定に保ちながら進相無効電流を流すことによって抑制するようにした発明が開示されている。
特許文献２には、電力系統と連系運転する分散配置型電源の出力電力が、連系点電圧を一定値に維持するために大きくハンチングするのを抑制するため、連系点電圧に上限値と下限値とを設け、連系点電圧がこの範囲内にあるときは両制御（通常は１００％力率で最大電力を出力するべく運転し、連系点電圧が制限値を越えた場合にのみ、有効電力と進相無効電力の両者を制御して連系点電圧を抑制している）を継続して連系点電圧を上限値以下となるように抑制し、連系点電圧が下限値以下になったときのみ１００％力率の最大電力を出力する通常運転に戻らせる発明が記載されている。
従来、太陽電池で発電した直流電力を、電力変換器（パワーコンディショナ）により交流電力に変換して交流電力系統に供給するシステムにおける問題点として次のようなことがある。前記電力変換器において、交流電力系統に交流電圧を供給するのに太陽光発電装置からの直流電圧が最低値（下限値）を超えないと電力変換が行われないようになっている。この場合の最低値（下限値）としては、ぎりぎりの値プラス余裕の値であるが、交流側に電圧変動があるので、太陽電池の発電電力の有効利用が図られない。
電力変換器の入力電圧である、直流電圧は最低値（下限値）を超えたとき電力変換器を運転するが、その直流電圧の最低値（下限値）は固定のままである。ここで、直流電圧の最低値（下限値）は太陽光発電装置が一番悪い条件のときの値を決めていた。
しかしながら、実際には太陽電池の出力である直流電圧が低くても電力変換器を運転することができるのに、現状のシステムでは直流電圧は最低値（下限値）は固定のままである。この結果、太陽電池が発電しているにもかかわらず、電力変換器が運転されない場合には太陽電池の発電電力が無駄となってしまう。
本発明は、電力変換器の運転範囲を広げることができ、太陽電池の発電電力を有効利用できる太陽光発電システムにおける運転制御装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、太陽電池からの直流電力を電力変換器により電力変換し、この変換された電力を交流電力系統に供給するものであって、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系点に開閉器を備えた太陽光発電システムにおいて、前記開閉器の前記電力変換器側における電圧及び前記交流電力系統側における電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の前記電力変換器側における電圧と前記交流電力系統側における電圧を入力し、両電圧値が略等しいとき前記開閉器に対して投入指令を与える投入判定器と、前記電圧検出器で検出した前記交流電力系統側の電圧に基づき前記電力変換器の運転判定値を求める判定値演算器と、前記太陽電池の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器と、前記直流電圧検出器で検出した直流出力電圧と前記判定値演算器で求めた運転判定値を取り込み両者を比較し、前記直流出力電圧が前記運転判定値より大きいときは前記電力変換器に対して運転指令を与える運転判定器とを具備した太陽光発電システムの運転制御装置である。
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、太陽電池からの直流電力を電力変換器により単相交流電力に変換し、この変換された単相交流電力を交流電力系統に供給するものであって、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系点に開閉器を備えた太陽光発電システムにおいて、前記開閉器の前記電力変換器側における電圧及び前記交流電力系統側における単相交流電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の前記電力変換器側における電圧と前記交流電力系統側における電圧を入力し、両電圧値が略等しいとき前記開閉器に対して投入指令を与える投入判定器と、前記電圧検出器で検出した前記交流電力系統側の移動平均電圧とマージンとの積により前記電力変換器の運転判定値を求める判定値演算器と、前記太陽電池の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器と、前記直流電圧検出器で検出した直流出力電圧と前記判定値演算器で求めた運転判定値を取り込み両者を比較し、前記直流出力電圧が前記運転判定値より大きいときは前記電力変換器に対して運転指令を与える運転判定器とを具備した太陽光発電システムの運転制御装置である。
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、太陽電池からの直流電力を電力変換器により三相交流電力に変換し、この変換された三相交流電力を交流電力系統に供給するものであって、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系点に開閉器を備えた太陽光発電システムにおいて、前記開閉器の前記電力変換器側における電圧及び前記交流電力系統側における電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の前記電力変換器側における電圧と前記交流電力系統側における電圧を入力し、両電圧値が略等しいとき前記開閉器に対して投入指令を与える投入判定器と、前記電圧検出器で検出した前記交流電力系統側の移動平均電圧と１．３５とマージンとの積により前記電力変換器の運転判定値を求める判定値演算器と、前記太陽電池の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器と、前記直流電圧検出器で検出した直流出力電圧と前記判定値演算器で求めた運転判定値を取り込み両者を比較し、前記直流出力電圧が前記運転判定値より大きいときは前記電力変換器に対して運転指令を与える運転判定器とを具備した太陽光発電システムの運転制御装置である。
以上述べた本発明によれば、太陽電池の最小入力運転設定値を交流電力系統の電圧に合わせて変動させることで、電力変換器（インバータ）の運転範囲を広げることができる。
電力変換器の運転範囲を広げ、電力変換器の起動開始時刻が早くなるので、トータルの発電量を増加させることが可能となる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明は、太陽電池（ＰＶ）１からの直流電力を例えばインバータからなる電力変換器２により電力変換し、この変換された電力を交流電力系統４に供給するものであって、電力変換器２と交流電力系統４との連系点に開閉器５を備え、かつ電力変換器２と開閉器５の接続母線に直列にリアクトル３及びその接続母線に並列にコンデンサ６を接続した太陽光発電システムにおいて、以下のような構成を備えたものである。
開閉器５の電力変換器２側、具体的にはコンデンサ６と開閉器５の間における電圧を検出する交流電圧検出器（例えばＰＴ）７と、交流電力系統４側、具体的には交流電力系統４と開閉器５における電圧を検出する交流電圧検出器（例えばＰＴ）８と、電圧検出器７により検出した電圧Ｃと電圧検出器８により検出した電圧Ｄを入力し、両電圧値が略等しいとき開閉器５に対して投入指令を与える投入判定器９と、電圧検出器８で検出した電圧の移動平均電圧に基づき電力変換器２の運転判定値を求める判定値演算器１５と、太陽電池１の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器１０と、直流電圧検出器１０で検出した直流出力電圧Ａと判定値演算器１５で求めた運転判定値Ｂを取り込み両者を比較し、直流出力電圧Ａが運転判定値Ｂより大きいときは電力変換器２に対して運転指令を与える運転判定器１１とを備えた太陽光発電システムの運転制御装置である。
ここで、移動平均電圧は、電圧検出器８で検出したある時間帯における電圧値の瞬時値の和を時間で徐算した値のことである。
図２は、電力変換器２の動作を説明するための図であり、縦軸は太陽電池１の直流出力電圧である、電力変換器２の入力直流電圧を示し、横軸は交流電力系統４の系統電圧を示している。従来の太陽光発電システムは、図２において、電力変換器２の最小運転範囲を設定するのは系統電圧上限値を考慮する必要があるので、図２の斜線部の範囲では、太陽電池１からの直流電力を有効利用できなかった。
以上述べた本発明の実施形態によれば、電圧検出器８で検出される交流電力系統４の入力電圧が変動すると、判定値演算器１５で演算される移動平均電圧である判定値Ｂが変動し、電圧検出器１０により検出される太陽電池１の直流出力電圧Ａが、Ａ＞Ｂという条件を満たした場合には、運転判定器１１から電力変換器２に対して運転指令が与えられ、電力変換器２が運転状態となると共に、開閉器５は投入状態となる。この結果、太陽電池１で発電された直流電力が交流電力系統４に供給される。
このように交流電力系統４の入力電圧の変動に伴って電力変換器２の最小運転入力設定値（最小入力運転設定値）が変更され、これに伴って電力変換器２が運転されるので、従来利用できなかった図２の斜線部の範囲でも太陽電池１から発電された直流電力を利用可能となるので、運転範囲が広がり、太陽光発電システムのトータルでの変換効率を向上させることができる。また電力変換器２の起動開始時間が早くなる利点もある。
本発明は、前述した交流電力系統４の電圧の移動平均を求める。この交流電力系統４の定格電圧Ｖａｃ±１０％まで補償する。例えば、図３の定格電圧Ｖａｃが＋１０％のとき図３の太陽電池１の直流電圧Ｅでは補償できない。このため、直流電圧Ｅも＋１０％で、Ｅ２とならないと不可であり、太陽電池１のが＋１０％でないと、電力変換器２を運転しない。Ｅの変動は、０％だから太陽電池１の運転はできる。また、−１０％のとき、Ｅ１でも運転できる。
従来は、交流電力系統４の電圧がＶａｃの＋１０％は補償するので、太陽電池１の電圧Ｅ２のときでないと電力変換器２は運転していなかった。太陽光発電システムは、設計上Ｖａｃの±１０％が出せるときのみ電力変換器２を運転していた。太陽電池１の直流出力電圧の一番高いところを選ぶ。太陽電池１の最高出力電圧値以上では電力変換器２を運転できる。
本発明は、太陽電池１の出力電圧を少しでも交流電力系統４側に送れるようにするために、前述したように交流電力系統４の系統電圧の変動を考慮したものである。交流電力系統４側の入力電圧を見て太陽電池１の起動を開始する。交流電力系統４の電圧は変動するので、例えば何サイクル波形の平均値を求める。例えば、平均値０％又は＋１０％を確認して電力変換器２と太陽電池１を運転する。そうしないと、一瞬のうち超えても実際に運転したときに太陽電池１の出力電圧が下がっていることがあるからである。だから例えば１０Ｈｚ、１００Ｈｚの平均値を求める。
図４は、本発明の第２の実施形態を説明するための概略構成図で、前述の第１の実施形態と異なる点は、判定値演算器１５を、平均化演算器１２及び判定値演算器１３に変更し、交流電力系統４が単相の場合である。平均化演算器１２は、電圧検出器８で検出した単相交流電圧の例えば所定時間内の電圧の移動平均値Ｖａｃを求める。判定値演算器１３は、移動平均値ＶａｃにマージンＫ（例えば０．９〜０．９５）を乗算して運転判定値Ｂを求める。以上述べた点を除けば、前述の第１の実施形態と構成及びその作用効果は同一であるので、その説明は省略する。
図５は、本発明の第３の実施形態を説明するための概略構成図で、前述の第１の実施形態と異なる点は、判定値演算器１５を、平均化演算器１２Ａ及び判定値演算器１３Ａに変更し、交流電力系統４Ａが三相の場合である。平均化演算器１２Ａは、電圧検出器８で検出した三相交流電圧の例えば所定時間内の三相電圧の移動平均値Ｖａｃを求める。判定値演算器１３Ａは、移動平均値Ｖａｃに、１．３５とマージンＫを乗算して運転判定値Ｂを求める。以上述べた点を除けば、前述の第１の実施形態と構成及びその作用効果は同一であるので、その説明は省略する。
前述の実施形態では、電力変換器２の出力側と開閉器５の間に、純粋のリアクトル３を設けた例について説明したが、インバータトランス等の絶縁機能を有するリアクトルであっても前述の実施形態と同様に実施できる。
前述の実施形態の投入判定器９の投入条件は、コンデンサ６と開閉器５の間に設けた電圧検出器７の検出値Ｃと、開閉器５と交流電力系統４の間に設けた電圧検出器８の検出値Ｄが略等しいとき、具体的には電圧、位相、周波数が略等しいとき開閉器５に投入指令を与えるようにしたが、これを経験的に求めたもので開閉器５を投入したとき大きな電流サージの発生又は過電流が流れない条件を満足すれば、この構成にしてもよい。
１…太陽電池、２…電力変換器、３…リアクトル、４…交流電力系統、４Ａ…交流電力系統、５…開閉器、６…コンデンサ、７…交流電圧検出器、８…交流電圧検出器、９…投入判定器、１０…直流電圧検出器、１１…運転判定器、１２…平均化演算器、１２Ａ…平均化演算器、１３…判定値演算器、１３Ａ…判定値演算器、１５…判定値演算器。
Claims (3)
- 太陽電池からの直流電力を電力変換器により電力変換し、この変換された電力を交流電力系統に供給するものであって、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系点に開閉器を備えた太陽光発電システムにおいて、
前記開閉器の前記電力変換器側における電圧及び前記交流電力系統側における電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器の前記電力変換器側における電圧と前記交流電力系統側における電圧を入力し、両電圧値が略等しいとき前記開閉器に対して投入指令を与える投入判定器と、
前記電圧検出器で検出した前記交流電力系統側の電圧に基づき前記電力変換器の運転判定値を求める判定値演算器と、
前記太陽電池の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記直流電圧検出器で検出した直流出力電圧と前記判定値演算器で求めた運転判定値を取り込み両者を比較し、前記直流出力電圧が前記運転判定値より大きいときは前記電力変換器に対して運転指令を与える運転判定器と、
を具備したことを特徴とする太陽光発電システムの運転制御装置。 - 太陽電池からの直流電力を電力変換器により単相交流電力に変換し、この変換された単相交流電力を交流電力系統に供給するものであって、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系点に開閉器を備えた太陽光発電システムにおいて、
前記開閉器の前記電力変換器側における電圧及び前記交流電力系統側における単相交流電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器の前記電力変換器側における電圧と前記交流電力系統側における電圧を入力し、両電圧値が略等しいとき前記開閉器に対して投入指令を与える投入判定器と、
前記電圧検出器で検出した前記交流電力系統側の移動平均電圧とマージンとの積により前記電力変換器の運転判定値を求める判定値演算器と、
前記太陽電池の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記直流電圧検出器で検出した直流出力電圧と前記判定値演算器で求めた運転判定値を取り込み両者を比較し、前記直流出力電圧が前記運転判定値より大きいときは前記電力変換器に対して運転指令を与える運転判定器と、
を具備したことを特徴とする太陽光発電システムの運転制御装置。 - 太陽電池からの直流電力を電力変換器により三相交流電力に変換し、この変換された三相交流電力を交流電力系統に供給するものであって、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系点に開閉器を備えた太陽光発電システムにおいて、
前記開閉器の前記電力変換器側における電圧及び前記交流電力系統側における電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器の前記電力変換器側における電圧と前記交流電力系統側における電圧を入力し、両電圧値が略等しいとき前記開閉器に対して投入指令を与える投入判定器と、
前記電圧検出器で検出した前記交流電力系統側の移動平均電圧と１．３５とマージンとの積により前記電力変換器の運転判定値を求める判定値演算器と、
前記太陽電池の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記直流電圧検出器で検出した直流出力電圧と前記判定値演算器で求めた運転判定値を取り込み両者を比較し、前記直流出力電圧が前記運転判定値より大きいときは前記電力変換器に対して運転指令を与える運転判定器と、
を具備したことを特徴とする太陽光発電システムの運転制御装置。
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