JP5726555B2 - Solar power system - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電池充放電セットを複数並列に備える太陽光発電システムに関するものである。   The present invention relates to a photovoltaic power generation system including a plurality of storage battery charge / discharge sets in parallel.
近年、地球環境保護の観点から環境への影響の少ない太陽光発電システムの開発が盛んに進められている。   In recent years, the development of a photovoltaic power generation system that has little impact on the environment has been actively promoted from the viewpoint of protecting the global environment.
この太陽光発電システムでは、太陽電池によって発電した直流電力を、DC/DCコンバータおよびインバータを備えた電力変換装置であるパワーコンディショナによって、商用周波数の交流電力に変換し、商用電力系統と連系して負荷に供給するとともに、余剰電力を商用電力系統に逆潮流することが行われている(例えば、特許文献1参照)。   In this solar power generation system, DC power generated by a solar cell is converted into AC power at a commercial frequency by a power conditioner that is a power conversion device including a DC / DC converter and an inverter, and is connected to a commercial power system. In addition, the surplus power is reversely flowed to the commercial power system while being supplied to the load (see, for example, Patent Document 1).
このような系統連系する太陽光発電システムに対して、系統連系を行わない太陽光発電システムがある。   In contrast to such a grid-connected photovoltaic power generation system, there is a photovoltaic power generation system that does not perform grid interconnection.
このタイプの太陽光発電システムでは、昼間時等における太陽電池の発電電力のうち余剰の電力を売電のための逆潮流をさせることができないので、その余剰電力を蓄電池に充電し、太陽電池の発電電力が不足する夜間などで蓄電池に蓄積したその余剰電力を負荷側に放電させて利用することが想定される。   In this type of solar power generation system, surplus power out of the generated power of the solar cell at daytime cannot be reversely flowed for selling power, so the surplus power is charged to the storage battery, It is assumed that the surplus power accumulated in the storage battery is discharged to the load side and used at night when the generated power is insufficient.
特開2001−161032号公報JP 2001-161032 A
しかしながら、上記の太陽光発電システムでは、太陽電池の発電電力や負荷の消費電力が常に変動するので、電流センサや電圧センサによって太陽電池の発電量や負荷での消費電力量を検出し全体を制御するコントローラによって蓄電池の充放電を制御する必要があり、このような制御では太陽光発電システム全体の構成を複雑にしてしまうと共に設備コストが大幅に増大してしまうなどの課題がある。   However, in the above solar power generation system, the power generated by the solar cell and the power consumed by the load constantly fluctuate. Therefore, the power generation amount of the solar cell and the power consumed by the load are detected and controlled by the current sensor and voltage sensor It is necessary to control charging / discharging of the storage battery by the controller, and such control has problems such as complicating the configuration of the entire photovoltaic power generation system and greatly increasing the equipment cost.
この課題を解決すべく本発明者は、鋭意研究し、系統に連系しないで太陽電池の発電電力を蓄電池に貯蔵する太陽光発電システムにおいて、そのシステム構成を安価に構成できるように双方向DC/DCコンバータと蓄電池とを含む蓄電池充放電セットを考えた。   In order to solve this problem, the present inventor has diligently studied, and in a photovoltaic power generation system that stores the generated power of the solar cell in the storage battery without being connected to the grid, the bidirectional DC is provided so that the system configuration can be configured at low cost. A storage battery charge / discharge set including a DC / DC converter and a storage battery was considered.
そして、この充放電セットを複数台使用し、各セット内のそれぞれ蓄電池を充放電させる場合、いずれか例えば1台のセット内の蓄電池の充放電が他のセットのそれよりも優先的に行われしまうような場合、当該セット内の蓄電池寿命が他のセット内の蓄電池のそれよりも短くなるなど、各蓄電池の寿命にばらつきが発生しやすい。   And when using this charging / discharging set multiple units | sets and charging / discharging each storage battery in each set, charging / discharging of the storage battery in one set is performed preferentially over that of another set, for example. In such a case, the life of each storage battery is likely to vary, for example, the life of the storage battery in the set is shorter than that of the storage batteries in other sets.
このような各セット内蓄電池の寿命ばらつきを無くすように例えば蓄電池電圧の検出センサやパワーコンディショナ内における上位コンピュータとを用いて制御することは、電力システムのますますの複雑化とコスト増大を招くという課題がある。   For example, using a storage battery voltage detection sensor and a host computer in the power conditioner to control the storage battery life variation of each set causes an increase in complexity and cost of the power system. There is a problem.
そこで、本発明により解決すべき主たる課題は、系統に連系しないで太陽電池の発電電力を蓄電池に貯蔵する太陽光発電システムにおいて、双方向DC/DCコンバータと蓄電池とを含む充放電セットを複数並列して設けると共に各セット内それぞれで蓄電池を充放電させる場合に電力システムの複雑化等の課題を発生させずに、各各セット内の蓄電池に寿命ばらつきが生じないようにすることにある。   Therefore, a main problem to be solved by the present invention is that a plurality of charge / discharge sets including a bidirectional DC / DC converter and a storage battery are stored in a solar power generation system that stores the generated power of the solar battery in the storage battery without being connected to the grid. When the storage batteries are provided in parallel and are charged and discharged in each set, there is no problem such as complication of the power system and the life of the storage batteries in each set does not vary.
なお、本発明により解決すべき他の課題は、後述する記載から明らかである。   Note that other problems to be solved by the present invention are clear from the description to be described later.
本発明による太陽光発電システムは、太陽電池と、この太陽電池の直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するパワーコンディショナと、を含み、前記パワーコンディショナ内のDCバスラインに双方向DC/DCコンバータと蓄電池との直列接続回路を複数セット並列に接続すると共に、各セットを一定時間ごとに切り替えて動作させる制御部を設けてなり、前記各セット内の双方向DC/DCコンバータそれぞれは、前記DCバスラインにおける直流のライン電圧をDC/DC変換してそれぞれ対応する前記各蓄電池に充電させ、前記各蓄電池それぞれの充電電圧をDC/DC変換して前記DCバスラインに放電させ、また、前記制御部は、前記各セットそれぞれを一定時間ごとに切り替えて動作させることを特徴とする。   A photovoltaic power generation system according to the present invention includes a solar cell and a power conditioner that converts direct current power of the solar cell into alternating current power and outputs the alternating current power to a load, and is bidirectional to a DC bus line in the power conditioner. A plurality of sets of series connection circuits of DC / DC converters and storage batteries are connected in parallel, and a control unit is provided to operate each set by switching at regular intervals. Each bidirectional DC / DC converter in each set The DC line voltage in the DC bus line is DC / DC converted to charge each corresponding storage battery, the charging voltage of each storage battery is DC / DC converted and discharged to the DC bus line, Further, the control unit is characterized in that each of the sets is switched and operated at regular intervals.
本発明では、前記制御部により前記各双方向DC/DCコンバータは交互一定時間ごとに切り替わって蓄電池を充放電させるので各蓄電池の寿命は均等化されて当該寿命のばらつきが抑えられる。   In the present invention, the bidirectional DC / DC converters are alternately switched at fixed time intervals by the control unit to charge and discharge the storage batteries, so that the lifetimes of the storage batteries are equalized and variations in the lifetimes are suppressed.
この場合、本発明では、前記制御部は前記各セットそれぞれを一定時間ごとに切り替えて動作させるという簡易かつ安価な構成で済み、それらの上位でわざわざ複雑で高価なコンピュータ等により前記各セットの動作を制御する必要がなくなる。   In this case, in the present invention, the control unit may have a simple and inexpensive configuration in which each of the sets is switched and operated at regular intervals, and the operation of each set is performed by a complicated and expensive computer or the like above them. There is no need to control.
好ましい態様は、前記各セットにおけるいずれか1つをマスタセットとし、他をスレーブセットとすると共に、前記マスタセット内の蓄電池を放電させて前記ライン電圧を第1指令電圧にまで上昇させ、その蓄電池の放電の減少で前記ライン電圧が前記第1指令電圧から一定電圧低い第2指令電圧にまで低下すると、前記スレーブセット内の蓄電池を放電させることで前記ライン電圧を前記第1指令電圧にまで上昇させるよう制御することである。   In a preferred aspect, any one of the sets is a master set, the other is a slave set, and the storage battery in the master set is discharged to increase the line voltage to the first command voltage, and the storage battery When the line voltage decreases from the first command voltage to a second command voltage that is lower than the first command voltage due to a decrease in discharge, the storage battery in the slave set is discharged to increase the line voltage to the first command voltage. To control.
別の好ましい態様は、前記マスタセット内の蓄電池を充電させて前記ライン電圧を第3指令電圧にまで下降させ、その蓄電池の充電の減少に伴い前記ライン電圧が前記第3指令電圧から一定電圧高い第4指令電圧にまで上昇すると、前記スレーブセット内の蓄電池を充電させることで前記ライン電圧を前記第3指令電圧にまで下降させるよう制御することである。   In another preferred aspect, the storage battery in the master set is charged to lower the line voltage to the third command voltage, and the line voltage is higher than the third command voltage by a certain voltage as the charge of the storage battery decreases. When the voltage rises to the fourth command voltage, the line voltage is controlled to fall to the third command voltage by charging the storage battery in the slave set.
本発明によれば、システム構成の複雑化、コスト増大を来たさずに各セット内の蓄電池の寿命の均等化を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to equalize the life of the storage batteries in each set without complicating the system configuration and increasing costs.
図1は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の充放電セット内の双方向DC/DCコンバータの回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the bidirectional DC / DC converter in the charge / discharge set of FIG. 図3は、図1の充放電セット内の双方向DC/DCコンバータを用いた蓄電池への充電動作の説明に用いる図である。FIG. 3 is a diagram used for explaining the charging operation to the storage battery using the bidirectional DC / DC converter in the charge / discharge set of FIG. 1. 図4は、図1の充放電セット内の双方向DC/DCコンバータを用いた蓄電池からの放電動作の説明に用いる図である。FIG. 4 is a diagram used for explaining the discharge operation from the storage battery using the bidirectional DC / DC converter in the charge / discharge set of FIG. 1. 図5は、充放電セット内の双方向DC/DCコンバータの充電経路と放電経路とに対する各スイッチング素子のオンオフ関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an on / off relationship of each switching element with respect to a charging path and a discharging path of the bidirectional DC / DC converter in the charge / discharge set. 図6は、横軸に時間、縦軸にライン電圧をとり、ライン電圧変化に対する蓄電池の充放電動作の説明に用いる図である。FIG. 6 is a diagram used for explaining the charging / discharging operation of the storage battery in response to changes in line voltage, with time on the horizontal axis and line voltage on the vertical axis. 図7は2つの充放電セットの並列動作の説明に供する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the parallel operation of two charge / discharge sets. 図8は図7の並列動作の説明において動作タイミングチャートを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an operation timing chart in the description of the parallel operation of FIG. 図9は、横軸に時間、縦軸にライン電圧をとり、マスタ側とスレーブ側それぞれの充放電セット内の蓄電池が充電モードの場合の動作説明に用いる図である。FIG. 9 is a diagram used for explaining the operation when the horizontal axis represents time, the vertical axis represents line voltage, and the storage batteries in the charge / discharge sets on the master side and the slave side are in the charge mode. 図10は、横軸に時間、縦軸にライン電圧をとり、マスタ側とスレーブ側それぞれの充放電セット内の蓄電池が放電モードの場合の動作説明に用いる図である。FIG. 10 is a diagram used for explaining the operation when the horizontal axis indicates time, the vertical axis indicates line voltage, and the storage batteries in the charge / discharge sets on the master side and the slave side are in the discharge mode.
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態にかかる太陽光発電システムを詳細に説明する。   Hereinafter, a solar power generation system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に実施形態の太陽光発電システムの概略構成を示す。図1を参照して、実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池1と、パワーコンディショナ3と、負荷5と、蓄電池充放電セット7,9と、を含む電力システムである。   FIG. 1 shows a schematic configuration of the photovoltaic power generation system of the embodiment. With reference to FIG. 1, the photovoltaic power generation system of the embodiment is an electric power system including a solar cell 1, a power conditioner 3, a load 5, and storage battery charge / discharge sets 7 and 9.
パワーコンディショナ3は、太陽電池1の直流電力を交流電力に変換して負荷5に出力するものであり、DC/DCコンバータ3aと、DC/ACインバータ3bと、を含む。   The power conditioner 3 converts the DC power of the solar cell 1 into AC power and outputs it to the load 5 and includes a DC / DC converter 3a and a DC / AC inverter 3b.
DC/DCコンバータ3aとDC/ACインバータ3bとはDCバスライン3cで接続されている。   The DC / DC converter 3a and the DC / AC inverter 3b are connected by a DC bus line 3c.
DC/DCコンバータ3aは、太陽電池1の直流出力を昇圧してDCバスライン3cにライン電圧として出力する。DC/ACインバータ3bは、DC/DCコンバータ3a出力を交流電力に変換して各種交流の負荷5に供給する。   The DC / DC converter 3a boosts the direct current output of the solar cell 1 and outputs it as a line voltage to the DC bus line 3c. The DC / AC inverter 3b converts the output of the DC / DC converter 3a into AC power and supplies it to various AC loads 5.
各蓄電池充放電セット7,9は、それぞれ、直列に接続された双方向DC/DCコンバータ7a,9aおよび蓄電池7b,9bと、双方向DC/DCコンバータ7a,9aを制御して蓄電池7b,9bの充放電動作を制御する制御部7c,9cと、を備えるセットである。   Each of the storage battery charge / discharge sets 7 and 9 controls the bidirectional DC / DC converters 7a and 9a and the storage batteries 7b and 9b connected in series and the bidirectional DC / DC converters 7a and 9a, respectively. And a controller 7c, 9c for controlling the charging / discharging operation.
以下、説明の簡略のため蓄電池充放電セットを単にセットと称する。各セット7,9は、パワーコンディショナ3のDCバスライン3cに対して互いに並列に接続される。   Hereinafter, the storage battery charge / discharge set is simply referred to as a set for the sake of simplicity. Each set 7, 9 is connected in parallel to the DC bus line 3 c of the power conditioner 3.
各セット7,9内の双方向DC/DCコンバータ7a,9aは、それぞれ、制御部7c,9cの制御により、DCバスライン3cに供給される直流のライン電圧を降圧側にDC/DC変換して、それぞれの蓄電池7b,9bに充電する一方、蓄電池7b,9bの充電電圧を昇圧側にDC/DC変換してパワーコンディショナ3のDCバスライン3cに供給することができるようになっている。   The bidirectional DC / DC converters 7a and 9a in the sets 7 and 9 respectively perform DC / DC conversion of the DC line voltage supplied to the DC bus line 3c to the step-down side under the control of the control units 7c and 9c. Thus, while charging the respective storage batteries 7b and 9b, the charging voltage of the storage batteries 7b and 9b can be DC / DC converted to the boost side and supplied to the DC bus line 3c of the power conditioner 3. .
各セット7,9内の制御部7c,9cは、CPU等を内蔵しており、互いに通信ライン8で接続され、所要の制御プログラムに従い通信を行うようになっている。   The control units 7c and 9c in each set 7 and 9 have a built-in CPU and the like, and are connected to each other via a communication line 8 to communicate according to a required control program.
図2を参照して前記両セット7,9のうちのセット7の構成を説明する。セット9はセット7と同様の構成であるのでその説明は省略する。   With reference to FIG. 2, the structure of the set 7 of the sets 7 and 9 will be described. Since the set 9 has the same configuration as the set 7, its description is omitted.
セット7において、双方向DC/DCコンバータ7aは、DCバスライン3cと蓄電池7bの一方の極であるマイナス極との間に直列接続された、IGBT等からなる第1、第2スイッチング素子Q1,Q2と、第1、第2スイッチング素子Q1,Q2それぞれに逆並列接続された第1、第2ダイオードD1,D2と、両スイッチング素子Q1,Q2の共通接続部と蓄電池7bの他方の極であるプラス極との間に直列接続される昇降圧コイルCL1と、蓄電池7bに並列のコンデンサC1と、第1、第2スイッチング素子Q1,Q2に並列接続されたコンデンサC2と、を含む。   In the set 7, the bidirectional DC / DC converter 7a includes a first switching element Q1, a second switching element Q1, and the like that are connected in series between the DC bus line 3c and a negative pole that is one pole of the storage battery 7b. Q2, first and second diodes D1 and D2 connected in antiparallel to the first and second switching elements Q1 and Q2, respectively, a common connection portion of both switching elements Q1 and Q2, and the other pole of the storage battery 7b A step-up / step-down coil CL1 connected in series with the positive electrode, a capacitor C1 parallel to the storage battery 7b, and a capacitor C2 connected in parallel to the first and second switching elements Q1, Q2 are included.
双方向DC/DCコンバータ7aは、さらに、DCバスライン3cにおけるライン電圧を検出する電圧センサS1と、蓄電池7bの充電電圧を検出する電圧センサS2と、昇降圧コイルCL1を流れる電流とその向きを検出する電流センサS3と、を含む。   The bidirectional DC / DC converter 7a further includes a voltage sensor S1 for detecting a line voltage in the DC bus line 3c, a voltage sensor S2 for detecting a charging voltage of the storage battery 7b, a current flowing through the step-up / down coil CL1, and its direction. Current sensor S3 to detect.
制御部7cは、これらセンサS1−S3からのセンサ信号により第1、第2スイッチング素子Q1,Q2のオンオフを制御して蓄電池7bの充放電を制御する一方で、通信ライン8を介して相手セット内の蓄電池9bの充放電データを取得して、さらに蓄電池7bの充放電を制御するようになっている。   The control unit 7c controls on / off of the first and second switching elements Q1, Q2 by the sensor signals from these sensors S1-S3 to control charging / discharging of the storage battery 7b, while the other party set via the communication line 8 The charge / discharge data of the storage battery 9b is acquired, and the charge / discharge of the storage battery 7b is further controlled.
以上の構成を有する双方向DC/DCコンバータ7aにおいては、蓄電池7bへの充電に際しては、制御部7cの制御により、図3で示すようにDCバスライン3c→第1スイッチング素子Q1→昇降圧コイルCL1→蓄電池7bの第1充電経路L1でライン電圧を降圧して蓄電池7bを充電する。   In the bidirectional DC / DC converter 7a having the above configuration, when charging the storage battery 7b, the control unit 7c controls the DC bus line 3c → the first switching element Q1 → the step-up / step-down coil as shown in FIG. The line voltage is stepped down in the first charging path L1 of CL1 → the storage battery 7b to charge the storage battery 7b.
また、昇降圧コイルCL1に蓄積のエネルギを制御部7cの制御により、同図3で示すように昇降圧コイルCL1→蓄電池7b(コンデンサC1も含む)→第2ダイオードD2の第2充電経路L2で充電する。   Further, the energy stored in the step-up / step-down coil CL1 is controlled by the control unit 7c, as shown in FIG. 3, in the step-up / step-down coil CL1 → the storage battery 7b (including the capacitor C1) → the second charging path L2 of the second diode D2. Charge.
また、蓄電池7bからの放電に際しては、制御部7cの制御により図4で示すように蓄電池7b→昇降圧コイルCL1→第2スイッチング素子Q2の第1放電経路L3で昇降圧コイルCL1にエネルギを蓄積する。また、同図4で示すように制御部7cの制御により蓄電池7b→昇降圧コイルCL1→第1ダイオードD1の第2放電経路L4で蓄電池電圧を昇圧して放電する。   When discharging from the storage battery 7b, energy is stored in the step-up / step-down coil CL1 through the first discharge path L3 of the storage battery 7b → the step-up / step-down coil CL1 → the second switching element Q2 as shown in FIG. 4 under the control of the control unit 7c. To do. Further, as shown in FIG. 4, the storage battery voltage is boosted and discharged through the second discharge path L4 of the storage battery 7b → the step-up / step-down coil CL1 → the first diode D1 under the control of the control unit 7c.
以上の第1、第2充電経路L1,L2と、第1、第2放電経路L3,L4に関して第1、第2スイッチング素子Q1,Q2のオンオフは図5で示すように、第1充電経路L1は、第1スイッチング素子Q1がオン(○印)、第2スイッチング素子Q2がオフ(×印)であり、第2充電経路L2は、第1、第2スイッチング素子Q1,Q2が共にオフであり、第1放電経路L1は、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオンであり、第2充電経路L2は、第1、第2スイッチング素子Q1,Q2が共にオフである。   On / off of the first and second switching elements Q1 and Q2 with respect to the first and second charging paths L1 and L2 and the first and second discharging paths L3 and L4 as shown in FIG. The first switching element Q1 is on (circle), the second switching element Q2 is off (x), and the first and second switching elements Q1, Q2 are both off in the second charging path L2. In the first discharge path L1, the first switching element Q1 is off and the second switching element Q2 is on, and in the second charging path L2, both the first and second switching elements Q1 and Q2 are off.
次に図6を参照して実施形態の双方向DC/DCコンバータ7aによる蓄電池7bに対する充放電制御動作を説明する。   Next, the charge / discharge control operation for the storage battery 7b by the bidirectional DC / DC converter 7a of the embodiment will be described with reference to FIG.
この制御を行う充放電セット7内の制御部7cは、図示略のメモリに格納した制御プログラムにより双方向DC/DCコンバータ7aを制御して蓄電池7bに対する充放電動作を制御することができるようになっている。   The controller 7c in the charge / discharge set 7 that performs this control can control the charge / discharge operation for the storage battery 7b by controlling the bidirectional DC / DC converter 7a by a control program stored in a memory (not shown). It has become.
図6は横軸に時間、縦軸にライン電圧をとった図であり、ライン電圧変化に対する蓄電池7bの充放電動作の説明に用いる。   FIG. 6 is a diagram in which time is plotted on the horizontal axis and line voltage is plotted on the vertical axis, and is used to explain the charge / discharge operation of the storage battery 7b in response to changes in the line voltage.
まず、太陽電池1の発電電力が例えば3kWであり、負荷5で例えば1kW消費している場合、2kWの電力が余剰となる。   First, when the generated power of the solar cell 1 is, for example, 3 kW and the load 5 consumes, for example, 1 kW, 2 kW of power is surplus.
そして、この場合、パワーコンディショナ3でのライン電圧が図6の実線LVで示すように所定電圧380V(この所定電圧はパワーコンディショナ3内のPWM制御により設定される指令電圧値)よりも高い電圧であれば、制御部7cにはそのライン電圧のデータが電圧センサS3から与えられる。   In this case, the line voltage at the power conditioner 3 is higher than a predetermined voltage 380V (this predetermined voltage is a command voltage value set by PWM control in the power conditioner 3) as shown by a solid line LV in FIG. If it is a voltage, the data of the line voltage is given to the control part 7c from the voltage sensor S3.
制御部7cは、ライン電圧V1が所定電圧の380V以上であるので第1スイッチング素子Q1をオン、第2スイッチング素子Q2をオフにして図3で示すように第1充電経路L1を形成し、この第1充電経路L1を介して蓄電池7bにライン電圧を充電させる制御を行う。   Since the line voltage V1 is equal to or higher than a predetermined voltage of 380 V, the controller 7c turns on the first switching element Q1 and turns off the second switching element Q2 to form the first charging path L1 as shown in FIG. Control is performed to charge the storage battery 7b with the line voltage via the first charging path L1.
ついで、制御部7cは、同図3で示すように第1、第2スイッチング素子Q1,Q2を共にオフにして第2充電経路L2を形成し、この第2充電経路L2を介して昇降圧コイルCL1からその蓄積エネルギを放出させ、この蓄積エネルギを蓄電池7bに充電させる制御を行う。   Next, as shown in FIG. 3, the control unit 7c turns off both the first and second switching elements Q1 and Q2 to form the second charging path L2, and the step-up / down coil via the second charging path L2. The stored energy is released from CL1, and the storage battery 7b is charged with this stored energy.
こうして蓄電池7bに充電させると、ライン電圧が図6で示すように低下してくる。   When the storage battery 7b is charged in this way, the line voltage decreases as shown in FIG.
この場合、制御部7cにおいては、ライン電圧が所定電圧である前記385Vを中心にして一定電圧例えば±5Vの電圧範囲で蓄電池7bを充放電させることでライン電圧を前記385Vを含む±5Vの電圧範囲に制御するようになっている。   In this case, the controller 7c charges / discharges the storage battery 7b within a voltage range of a constant voltage, for example, ± 5V, centered on the 385V, which is a predetermined voltage, and the line voltage is ± 5V including the 385V. The range is to be controlled.
この電圧範囲の下限値は380Vであり、上限値は390Vである。この上限と下限の値は一例であり、これに限定されない。   The lower limit value of this voltage range is 380V, and the upper limit value is 390V. The values of the upper limit and the lower limit are examples, and are not limited thereto.
こうしてライン電圧が、前記一定電圧範囲の下限値である380Vに低下するまでは蓄電池7bの充電を継続する。また、ライン電圧が前記下限値の380Vに到達すると、充電動作を停止させると共に図4で示すように第1放電経路L3、第2放電経路L4を形成して放電動作を開始させる。   Thus, charging of the storage battery 7b is continued until the line voltage drops to 380 V, which is the lower limit value of the constant voltage range. When the line voltage reaches the lower limit value of 380 V, the charging operation is stopped and the first discharging path L3 and the second discharging path L4 are formed as shown in FIG. 4 to start the discharging operation.
こうして上記放電でライン電圧が一定電圧範囲の上限値の390Vに上昇するまでは蓄電池7bの放電を継続し、ライン電圧が上記上限値390Vに到達すると放電動作を停止して充電動作を開始する。   Thus, the discharge of the storage battery 7b is continued until the line voltage rises to the upper limit value 390V of the constant voltage range by the discharge, and when the line voltage reaches the upper limit value 390V, the discharging operation is stopped and the charging operation is started.
以上の蓄電池7bに対する充放電動作によりライン電圧は所定電圧の385Vを中心に一定電圧の±5Vの電圧範囲で制御しつつ、蓄電池7bは、昼間時等における太陽電池1の発電電力のうち余剰電力を充電し、太陽電池1の発電電力が夜間や雨天、曇天、日陰等で日照不足して低下すると、上記蓄電池7bの蓄積電圧をDCバスライン3cに放電し、その放電した電力を負荷5側で利用することができるようになっている。   While the line voltage is controlled in a voltage range of ± 5 V of a constant voltage centering on a predetermined voltage of 385 V by the charge / discharge operation for the storage battery 7 b, the storage battery 7 b is a surplus power out of the generated power of the solar cell 1 at daytime etc. When the generated power of the solar cell 1 is reduced due to insufficient sunshine at night, rainy weather, cloudy weather, shade, etc., the stored voltage of the storage battery 7b is discharged to the DC bus line 3c, and the discharged power is supplied to the load 5 side. It can be used in.
また、前記385Vは指令電圧値としてパワーコンディショナ3内部の図示略の制御部で設定してあり、パワーコンディショナ3におけるPWM制御で図6のA1,A2で示すようにDC/DCコンバータ3aから出力されるライン電圧は385V近傍に制御される。   The 385V is set as a command voltage value by a control unit (not shown) in the power conditioner 3 and is controlled by PWM control in the power conditioner 3 from the DC / DC converter 3a as indicated by A1 and A2 in FIG. The output line voltage is controlled around 385V.
そして、ライン電圧が390V以上である領域A1以前の電圧値から立ち下がって385V近傍領域S1にPWM制御されるが、その太陽電池1出力低下等でライン電圧が385Vより電圧が低下して380Vに達するまでは、蓄電池7bが充電制御される。   Then, the line voltage falls from the voltage value before the area A1 where the line voltage is 390V or higher and is PWM controlled to the vicinity area 385V. However, the line voltage is lowered from 385V to 380V due to the solar cell 1 output drop or the like Until it reaches, the storage battery 7b is charged.
そして、380Vに低下すると、蓄電池7bは充電から放電に切り替わって放電制御され、これによりライン電圧が上昇して指令電圧385Vに達すると、その385V近傍領域A2でPWM制御される。   When the voltage decreases to 380V, the storage battery 7b is switched from charging to discharging and discharge control is performed. When the line voltage increases and reaches the command voltage 385V, PWM control is performed in the region 385 near 385V.
そして、ライン電圧が385Vより電圧が上昇して390Vに達するまでは蓄電池7bの放電は継続され、ライン電圧が390Vに達すると、蓄電池7bは放電から充電に反転制御される。   Then, the discharge of the storage battery 7b is continued until the line voltage rises from 385V and reaches 390V. When the line voltage reaches 390V, the storage battery 7b is reversely controlled from discharge to charge.
次に図7および図8を参照して各セット7,9が並列で充放電動作する場合を説明する。   Next, the case where the sets 7 and 9 perform charge / discharge operations in parallel will be described with reference to FIGS.
図7は各セット7,9の並列動作の説明に供する図であり、図8は図7の並列動作の説明において動作タイミングチャートを示す図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining the parallel operation of the sets 7 and 9, and FIG. 8 is a diagram showing an operation timing chart in the explanation of the parallel operation of FIG.
これらの図を参照して、セット7,9内それぞれの各蓄電池7b,9bが均等に充放電が行われない場合は、それらの寿命は均等でなくなる可能性が高くなる。   With reference to these drawings, when the respective storage batteries 7b and 9b in the sets 7 and 9 are not uniformly charged and discharged, there is a high possibility that their lifetimes will not be uniform.
一方、各セット7,8は、同一のDCバスライン3cに接続されているので、いずれか一方のセット7または9内の蓄電池7b,9bが他方のそれよりも優先的に充放電が繰り返されてしまう可能性がある。   On the other hand, since the sets 7 and 8 are connected to the same DC bus line 3c, the storage batteries 7b and 9b in either one of the sets 7 or 9 are repeatedly charged and discharged with priority over the other. There is a possibility that.
こうした場合、各セット7,9それぞれにおける蓄電池7b,9bを上位コンピュータ等で均等に充放電制御することができるが、それでは、上位コンピュータとの間での配線や構成あるいはそれらコンピュータ内のプログラム組み込みなどで複雑高価格化し、簡易低廉性が損なわれてしまう。   In such a case, the storage batteries 7b and 9b in each of the sets 7 and 9 can be equally charged / discharged by the host computer or the like, but in that case, the wiring and configuration with the host computer or the incorporation of programs in those computers, etc. As a result, the price becomes complicated and expensive, and the simplicity and low cost are impaired.
そこで、本実施形態では、図7で示すように、通信ライン8を介して各セット7,9それぞれの制御部7c,9cが通信を行い、図8で示すように各セット7,9内の蓄電池7b,9bはそれぞれ期間Tごとに充放電が切り替わるようにしている。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the control units 7c and 9c of the respective sets 7 and 9 communicate via the communication line 8, and as shown in FIG. The storage batteries 7b and 9b are switched between charging and discharging every period T.
この場合、時刻t0からt2の間でセット7、時刻t1からt4の間でセット9、時刻t3からt6の間でセット7がそれぞれ充放電を行うことで、一方のセット7,9が充放電終了する時刻の少し前に他方のセット7,9の充放電が開始するようにしている。   In this case, the set 7 is charged / discharged between the time t0 and the time t2, the set 9 is charged / discharged between the time t1 and the time t4, and the set 7 is charged / discharged between the time t3 and the time t6. The charging / discharging of the other sets 7 and 9 is started slightly before the end time.
このように実施形態では、各セット7,9それぞれ内の蓄電池7b,9bを一定時間Tごとに切り替えて充放電させるようにしたので、各セット7,8内それぞれの蓄電池7b,9bの寿命は均等化されて当該寿命のばらつきが抑えられる。   As described above, in the embodiment, the storage batteries 7b and 9b in each of the sets 7 and 9 are switched and charged / discharged at regular intervals T. Therefore, the life of the storage batteries 7b and 9b in each of the sets 7 and 8 is as follows. It is equalized and the variation in the lifetime is suppressed.
次に、図9を参照して各セット7,9におけるいずれか1つをマスタ側セットとし、他をスレーブ側セットとしてそれぞれにおける充放電を制御する場合を説明する。   Next, with reference to FIG. 9, a case will be described in which one of the sets 7 and 9 is set as a master side set and the other is set as a slave side set to control charging / discharging in each.
いずれがマスタ側、スレーブ側のセットは交互に切り替わるという前提で、マスタ側とスレーブ側それぞれのセットは通信ライン8を介して通信する。   The master side and slave side sets communicate with each other via the communication line 8 on the premise that the master side and slave side sets are alternately switched.
マスタ側とスレーブ側との間ではマスタ側が放電して電力不足したときは電力不足であるというデータ、マスタ側が充電して電力が余っているというデータ、および、その他必要なデータを通信する。   Between the master side and the slave side, when the master side is discharged and power is insufficient, data that the power is insufficient, data that the master side is charged and power is surplus, and other necessary data are communicated.
また、ライン電圧や蓄電池7b,9bでの電圧はそれぞれのセンサで検出し、それらデータも通信できる。   Further, the line voltage and the voltage at the storage batteries 7b and 9b are detected by the respective sensors, and the data can also be communicated.
なお、以下の説明では、その説明の都合でセット7をマスタ側のセット、セット9をスレーブ側のセットとする。   In the following description, for convenience of description, set 7 is a master side set and set 9 is a slave side set.
図9において横軸は時間、縦軸はライン電圧を示す。図10における期間Taはマスタ側のセット7内の蓄電池7bにおけるDCバスライン3cへの放電動作を示す期間であり、期間Tbはスレーブ側のセット9内の蓄電池9bにおけるDCバスライン3cへの放電動作を示す期間である。   In FIG. 9, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents line voltage. A period Ta in FIG. 10 is a period indicating a discharge operation to the DC bus line 3c in the storage battery 7b in the master-side set 7, and a period Tb is a discharge to the DC bus line 3c in the storage battery 9b in the slave-side set 9. This is a period showing the operation.
前記期間Ta内の時刻t0でセット7内の蓄電池7bが放電を開始してDCバスライン3cのライン電圧を第1指令電圧である例えば385Vにまで上昇させる。   At time t0 within the period Ta, the storage battery 7b in the set 7 starts discharging and raises the line voltage of the DC bus line 3c to the first command voltage, for example, 385V.
セット7はマスタ側として上記第1指令電圧を維持するようその放電を制御する。そして、時間の経過により蓄電池7bはその放電により第1指令電圧を維持できなくなると、これに伴いライン電圧は時刻t1から下降しはじめる。   The set 7 controls the discharge so as to maintain the first command voltage on the master side. Then, when the storage battery 7b cannot maintain the first command voltage due to the discharge with the passage of time, the line voltage starts to decrease from time t1.
そして、時刻t2でライン電圧が第1指令電圧から一定電圧例えば3Vだけ低い第2指令電圧である382Vにまで下降すると、スレーブ側のセット9内の蓄電池9bがその時刻t2で放電を開始する。   When the line voltage drops from the first command voltage to 382 V, which is a second command voltage that is lower by 3 V than the first command voltage, at time t2, the storage battery 9b in the slave-side set 9 starts discharging at that time t2.
この放電によりライン電圧は上昇してくる。そしてライン電圧は時刻t3では第1指令電圧に上昇する。そしてセット9は、ライン電圧が第1指令電圧に到達すると、その第1指令電圧を維持できるように放電を制御する。こうした制御のため、マスタ側とスレーブ側それぞれのセット7,9は内部における制御部7c,9cで通信を行い、互いの蓄電池7b,9bの電圧状況を監視し、マスタとして、あるいはスレーブとして動作する。   This discharge raises the line voltage. Then, the line voltage rises to the first command voltage at time t3. When the line voltage reaches the first command voltage, the set 9 controls the discharge so that the first command voltage can be maintained. For such control, the sets 7 and 9 on the master side and the slave side communicate with each other by the internal control units 7c and 9c, monitor the voltage status of the storage batteries 7b and 9b, and operate as a master or a slave. .
次に、図10を参照してセット7,9における充放電動作を説明する。図10において横軸は時間、縦軸はライン電圧を示す。この場合も、説明の都合でセット7をマスタ側のセット、セット9をスレーブ側のセットとする。   Next, the charge / discharge operation in the sets 7 and 9 will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents line voltage. Also in this case, for convenience of explanation, the set 7 is a master side set and the set 9 is a slave side set.
図10における期間Taはマスタ側であるセット7内の蓄電池7bの充電動作を示す期間であり、期間Tbはスレーブ側であるセット9内の蓄電池9bの充電動作を示す期間である。   A period Ta in FIG. 10 is a period indicating a charging operation of the storage battery 7b in the set 7 on the master side, and a period Tb is a period indicating a charging operation of the storage battery 9b in the set 9 on the slave side.
前記期間Ta内の時刻t0でセット7内の蓄電池7bが充電を開始するとDCバスライン3cのライン電圧は下降する。この充電により前記ライン電圧が第3指令電圧である例えば385Vにまで下降すると、セット7は第3指令電圧を維持するようその充電を制御する。   When the storage battery 7b in the set 7 starts to be charged at time t0 within the period Ta, the line voltage of the DC bus line 3c decreases. When the line voltage drops to a third command voltage, for example, 385 V, due to this charging, the set 7 controls the charging so as to maintain the third command voltage.
そしてマスタ側セット7における蓄電池7bが充電を継続してもライン電圧を第3指令電圧に維持することができなくなると、これに伴いライン電圧が時刻t1から上昇しはじめる。   If the line voltage cannot be maintained at the third command voltage even if the storage battery 7b in the master side set 7 continues to be charged, the line voltage starts to rise from time t1 accordingly.
そして、時刻t2でライン電圧が第3指令電圧から一定電圧例えば3V高い第4指令電圧である388Vにまで上昇すると、スレーブ側のセット9は蓄電池9bを時刻t2で充電を開始する。この蓄電池9bへの充電の開始によりライン電圧は下降していく。   Then, when the line voltage rises from the third command voltage to 388 V, which is a fourth command voltage that is 3V higher than the third command voltage at time t2, the slave-side set 9 starts charging the storage battery 9b at time t2. The line voltage decreases with the start of charging of the storage battery 9b.
なお、ライン電圧が所定電圧である前記385Vを中心にして一定電圧例えば±5Vの電圧範囲で蓄電池7bを充放電させることでライン電圧を前記385Vを含む±5Vの電圧範囲に制御するという問題はマスタ側のセットが関係する。   The problem of controlling the line voltage to a voltage range of ± 5V including the 385V by charging / discharging the storage battery 7b with a constant voltage, for example, a voltage range of ± 5V, centered on the 385V where the line voltage is a predetermined voltage is a problem. The master set is involved.
以上から上記制御により、マスタ側とスレーブ側それぞれのセット7,9は内部における制御部7c,9cで通信を行い、互いの蓄電池7b,9bの電圧状況を監視し、マスタとして、あるいはスレーブとして動作する。   From the above, by the above control, the master side and the slave side sets 7 and 9 communicate with each other inside the control units 7c and 9c, monitor the voltage status of the storage batteries 7b and 9b, and operate as a master or a slave. To do.
以上説明したように本実施形態の太陽光発電システムにおいては、DCバスライン3cに双方向DC/DCコンバータと蓄電池とを含むセット7,9を並列に接続すると共に、各セット7,9を一定時間ごとに切り替えてそれぞれの蓄電池7b,9bを充放電させるので各蓄電池7b,9bの寿命は均等化されて当該寿命のばらつきが抑えられる。   As described above, in the solar power generation system of the present embodiment, the sets 7, 9 including the bidirectional DC / DC converter and the storage battery are connected in parallel to the DC bus line 3c, and the sets 7, 9 are fixed. Since the storage batteries 7b and 9b are charged and discharged by switching over time, the life of each of the storage batteries 7b and 9b is equalized and variation in the life is suppressed.
この場合、各セット7,9を一定時間ごとに切り替えて動作させるので、それらの上位でわざわざ複雑で高価なコンピュータ等により前記各セットの動作を制御する必要がなくなる。   In this case, since the sets 7 and 9 are switched and operated at regular intervals, it is not necessary to control the operations of the sets by a complicated and expensive computer or the like above them.
1 太陽電池
3 パワーコンディショナ
3a DC/DCコンバータ
3b DC/ACインバータ
5 負荷
7 蓄電池充放電セット
7a 双方向DC/DCコンバータ
7b 蓄電池
7c 制御部
9 蓄電池充放電セット
9a 双方向DC/DCコンバータ
9b 蓄電池
9c 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell 3 Power conditioner 3a DC / DC converter 3b DC / AC inverter 5 Load 7 Storage battery charging / discharging set 7a Bidirectional DC / DC converter 7b Storage battery 7c Control part 9 Storage battery charging / discharging set 9a Bidirectional DC / DC converter 9b Storage battery 9c Control unit

Claims (2)

  1. 太陽電池と、この太陽電池の直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するパワーコンディショナと、を含み、前記パワーコンディショナ内のDCバスラインに双方向DC/DCコンバータと蓄電池とを直列接続したセットを複数セット並列に接続すると共に、各セットを一定時間ごとに切り替えて動作させる制御部を設けてなり、前記各セット内の双方向DC/DCコンバータそれぞれは、前記DCバスラインにおける直流のライン電圧をDC/DC変換してそれぞれ対応する前記各蓄電池に充電させ、前記各蓄電池それぞれの充電電圧をDC/DC変換して前記DCバスラインに放電させ、また、前記制御部は、前記各セットそれぞれ内の蓄電池を一定時間ごとに切り替えて充放電させるものであり、
    前記各セットにおけるいずれか1つをマスタ側のセットとし、他をスレーブ側のセットとすると共に、前記マスタ側のセット内の蓄電池を放電して前記ライン電圧を第1指令電圧にまで上昇させ、前記マスタ側のセット内の前記蓄電池の放電の減少で前記ライン電圧が前記第1指令電圧から一定電圧低い第2指令電圧に低下すると、前記スレーブ側のセット内の蓄電池を放電させることで前記ライン電圧を前記第1指令電圧に上昇させるよう制御することを特徴とする太陽光発電システム。
    A solar battery and a power conditioner that converts the direct current power of the solar battery into alternating current power and outputs the converted power to a load, and a bidirectional DC / DC converter and a storage battery are connected in series to a DC bus line in the power conditioner. A plurality of sets connected in parallel are connected in parallel, and a control unit is provided for switching each set to operate at regular time intervals. Each bidirectional DC / DC converter in each set has a direct current on the DC bus line. The line voltage is DC / DC converted to charge each corresponding storage battery, the charging voltage of each storage battery is DC / DC converted to discharge to the DC bus line, and the control unit The storage battery in each set is switched at regular intervals to charge and discharge ,
    Any one of the sets is a set on the master side, the other is a set on the slave side, and the storage battery in the set on the master side is discharged to raise the line voltage to the first command voltage, When the line voltage decreases from the first command voltage to a second command voltage that is lower than the first command voltage due to a decrease in discharge of the storage battery in the master side set, the storage battery in the slave side set is discharged to discharge the line. A photovoltaic power generation system, characterized in that a voltage is controlled to increase to the first command voltage .
  2. 前記マスタ側のセット内の蓄電池を充電させて前記ライン電圧を第3指令電圧にまで下降させ、前記マスタ側のセット内の蓄電池の充電の減少に伴い前記ライン電圧が前記第3指令電圧から一定電圧高い第4指令電圧に上昇すると、前記スレーブ側のセット内の蓄電池を充電させることで前記ライン電圧を前記第3指令電圧に下降させるよう制御する請求項1に記載のシステム。 The storage battery in the master side set is charged to lower the line voltage to a third command voltage, and the line voltage becomes constant from the third command voltage as the charge of the storage battery in the master side set decreases. 2. The system according to claim 1 , wherein, when the voltage increases to a fourth command voltage that is higher, the line voltage is controlled to decrease to the third command voltage by charging a storage battery in the set on the slave side.
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