JP5738212B2 - Power storage type power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、典型的には太陽電池を系統と連系させ、太陽電池の発電電力又は系統からの電力を負荷に供給するとともに、太陽電池の発電電力又は系統からの電力を貯蔵できるようにした電力貯蔵型の発電システムに関する。 The present invention typically connects a solar cell to a grid, supplies the generated power of the solar cell or power from the grid to the load, and can store the generated power of the solar cell or power from the grid. The present invention relates to a power storage type power generation system.
近年、太陽光発電システムを備えた住宅、その他の建物が増加しており、余剰電力の固定価格買い取り制度が存在する。また、今後、発電電力の全量買い取り制度も創設される予定であり、さらなる太陽光発電システムの普及が予想される。
一方で、太陽光発電システムが大量導入された場合、発電電力の系統への逆潮流量が増加し、将来的に系統電圧の上昇等による逆潮流量を抑制するために太陽光発電システムにおける発電抑制が課題となっている。この課題に対処するため、蓄電池に発電電力を充電し、逆潮流電力の抑制及び電力の地産地消化を促進するシステムの導入が期待されており、各地で実証試験等が実施されている。また、蓄電池の導入により、災害時等の系統停電時に非常電源として利用することも期待されている他、近年では電気自動車の量産化により、電気自動車の車載蓄電池を住宅の蓄電池として活用するシステムの開発機運も高まっている。
In recent years, houses and other buildings equipped with a solar power generation system are increasing, and there is a fixed price purchase system for surplus power. In the future, a system for purchasing all of the generated power is scheduled to be created, and further spread of the solar power generation system is expected.
On the other hand, when a large number of photovoltaic power generation systems are introduced, the reverse power flow to the grid of generated power increases, and power generation in the photovoltaic power generation system is expected to suppress the reverse power flow due to a rise in system voltage in the future. Control is a challenge. In order to cope with this problem, it is expected to introduce a system that charges the storage battery with generated power, suppresses reverse power flow, and promotes local production and consumption of power, and demonstration tests are being conducted in various places. In addition to the introduction of storage batteries, it is expected to be used as an emergency power source in the event of a system power outage in the event of a disaster, etc. Development momentum is also increasing.
これらの具体的事例として、太陽光発電システムと蓄電池システムを交流系統で系統連系するシステム(交流接続システム)、また、太陽電池と蓄電池を直流系統で接続し、発電電力と蓄電池からの放電電力を混合して交流に変換し系統連系するシステム(直流接続システム)などが実用化されている。
このように蓄電池を併設したシステムの導入が進んでいるが、現状では余剰電力買い取り制度により経済性を考慮した場合、発電電力の余剰電力は蓄電池に充電するよりも、売電した方が有利となるため、蓄電池の活用方法は安価な夜間電力を充電し、割高な昼間時間帯に放電する運転方法が主体となっている。このような運転方法の場合、発電電力の余剰電力が蓄電池に充電されないため、本来蓄電池に期待されている系統電圧の安定化には寄与していないという課題がある。
Specific examples of these systems include a system that connects a photovoltaic power generation system and a storage battery system via an AC system (AC connection system), and a solar battery and a storage battery that are connected by a DC system, generating power and discharge power from the storage battery. A system (DC connection system) that mixes and converts to AC and connects to the grid has been put to practical use.
In this way, the introduction of a system with a storage battery is advancing, but at present, it is more advantageous to sell the surplus power of the generated power than charging the storage battery when considering the economics by the surplus power purchase system. Therefore, the utilization method of the storage battery is mainly an operation method in which inexpensive nighttime electric power is charged and discharged in an expensive daytime period. In the case of such an operation method, since the surplus power of the generated power is not charged to the storage battery, there is a problem that it does not contribute to the stabilization of the system voltage originally expected for the storage battery.
太陽光発電システムを導入した建物では、発電電力より建物内の負荷が小さい場合、余剰電力を系統に逆潮流(売電)させることが可能である。しかし、地域全体での負荷が小さく、かつ晴天が続いたときなどに太陽電池による発電電力を逆潮流し続けると、系統電圧が上昇してしまう場合がある。このため、太陽光発電システムには、系統側の電圧が電力会社の運用規定値を超えることを防止するため、電圧上昇抑制機能が具備されている。本機能が作動すると、太陽電池が出力可能な最大発電電力を出力できなくなるため、太陽光発電設備の稼働率が低下するなど、省エネ性や経済性が低下する課題が問題視されている。なお、電圧上昇抑制機能とは、系統側電圧が電力会社の運用規定値に達した場合に、自動的に発電設備の電圧を調整する機能であり、代表的な方式として、発電設備から系統へ向かって電圧より電流の位相が進んだ進相無効電力を供給して系統電圧の上昇を抑制する進相無効電力制御機能や、発電設備の出力自体を抑制して電圧を調整する出力制御機能がある。いずれの方式も、作動時には、発電設備が出力可能な最大発電電力を抑制する方向に制御されるため、発電電力が低下する課題がある。
また、普及が進んでいる汎用の太陽光発電システムは、発電設備単体として制御されており、電圧上昇抑制機能は自動的で作動するため、通常、他の蓄電設備や蓄熱設備等の負荷設備と連携して電圧調整を行うことはない。特に、電圧上昇抑制のために、蓄電池の活用が期待されているが、前記の交流接続システムにおいては、蓄電設備がある場合でも、電圧上昇に対する発電設備と蓄電設備の連携制御機能を設けない限り、発電設備の電圧上昇抑制機能は自動的に作動し、出力を抑制してしまう問題がある。
In buildings where a solar power generation system is introduced, if the load in the building is smaller than the generated power, surplus power can be reversely flowed (sold) into the system. However, the grid voltage may increase if the power generated by the solar cell continues to flow backward when the load in the entire region is small and clear weather continues. For this reason, the photovoltaic power generation system is provided with a voltage rise suppression function in order to prevent the voltage on the grid side from exceeding the operating regulation value of the electric power company. When this function is activated, it is impossible to output the maximum generated power that can be output by the solar cell, and thus problems such as a reduction in the operating rate of the solar power generation facility and a decrease in energy saving and economic efficiency are regarded as problems. The voltage rise suppression function is a function that automatically adjusts the voltage of the power generation equipment when the system side voltage reaches the operating regulation value of the electric power company. A phase reactive power control function that suppresses the rise in system voltage by supplying phase reactive power whose current phase is ahead of the voltage, and an output control function that regulates the voltage by suppressing the output of the power generation equipment itself. is there. Any of these methods has a problem in that the generated power is lowered during operation because it is controlled to suppress the maximum generated power that can be output by the power generation facility.
In addition, general-purpose photovoltaic power generation systems that are becoming popular are controlled as a single power generation facility, and the voltage rise suppression function operates automatically. There is no coordination of voltage adjustment. In particular, the use of a storage battery is expected to suppress voltage rise, but in the above AC connection system, even if there is a power storage facility, unless a function for cooperative control of the power generation facility and the power storage facility against voltage increase is provided The voltage rise suppression function of the power generation facility operates automatically and has a problem of suppressing output.
そこで、特許文献1は、電圧上昇抑制が生じた際の系統側電圧変動状況、日時、外気温、気象状況等の履歴データと、現在の系統側電圧変動状況、日時、外気温、気象状況等の現在データとに基づいて、電圧上昇抑制の発生の有無を予測し、電圧上昇抑制が発生すると予測した場合に、太陽光発電装置によって発電された余剰の発電電力をエネルギ蓄積装置に蓄積する電力制御手段を備える住宅用電力システムを提案している。
Therefore,
しかし、特許文献1のように、予測により電圧上昇抑制を判断する手法では、予測に反して系統電圧が上昇してしまった場合には対応できない。
そこで本発明は、予測のように不確定な要素に頼ることなく、例えば太陽光発電による発電電力の系統への逆潮流(売電)が系統電圧の上昇により制限され、発電出力が抑制される条件でも、蓄電池を充電することにより、当該発電電力を無駄なく利用することができる電力貯蔵型の発電システムを提供することを目的とする。
However, as in
Therefore, in the present invention, without relying on uncertain factors as predicted, for example, the reverse power flow (sold power) to the system by photovoltaic power generation is limited by the increase in system voltage, and the power generation output is suppressed. It is an object of the present invention to provide a power storage type power generation system that can use the generated power without waste by charging a storage battery even under conditions.
そこでなされた本発明は、外部の系統と連系され、太陽光を受けて発電する発電部と、発電部による発電電力及び系統からの電力を貯蔵し、発電部と直流接続される蓄電部と、発電部に接続されるDC/DCコンバータと、DC/DCコンバータに対して、直流バスを介して各々直列に接続されるAC/DCコンバータ及び充放電器とを備えるパワーコンディショナと、系統、又は、AC/DCコンバータを経由した交流電力が供給される負荷と、AC/DCコンバータに指示を与えることで発電電力の系統への逆潮流を制御し、かつ、充放電器に指示を与えることで発電部の発電及び蓄電部の充放電を制御する制御部と、を備える電力貯蔵型の発電システムに関する。尚、本システムは、汎用の太陽光発電システムと同様に、系統連系に必要となる電圧上昇抑制機能を有するが、直流接続システムであるため、一システムとしてその機能を備える。
本発明は、制御部が、発電電力が系統に向けて逆潮流している際に、系統電圧と予め定められた閾値電圧との比較に基づいて、発電電力の逆潮流を停止させ、または、逆潮流する発電電力を低減させるとともに、発電電力を蓄電部に充電させ、かつ、以下に説明する二つの形態を選択的に含むことを特徴としている。
本発明の発電システムによれば、系統電圧が上昇した際、システムが保有する電圧上昇抑制機能の作動を抑制するように、発電電力を蓄電部に充電できるので、発電電力を抑制することなく、発電を継続できる。特に、太陽電池の発電制御に用いられる最大電力点追従制御(MPPT制御)を継続できるため、システムが出力可能な最大発電電力での運用が可能となる。しかも、本発明の発電システムは、直流接続システムを用いており、このシステムは単一のシステムとして系統電圧を常時監視できるので、系統電圧の予測に頼ることなく、また、本システム外の他設備と連携制御する必要もなく、逆潮流から充電への切り替えを適切に判断することができる。
The present invention made there is a power generation unit that is connected to an external system and generates power by receiving sunlight , a power storage unit that stores power generated by the power generation unit and power from the system, and is DC-connected to the power generation unit. A power conditioner including a DC / DC converter connected to the power generation unit, an AC / DC converter and a charger / discharger connected in series to each other in series with respect to the DC / DC converter via a DC bus, Or, a load supplied with AC power via the AC / DC converter and an instruction to the AC / DC converter are used to control the reverse flow of the generated power to the system and to give an instruction to the charger / discharger. And a control unit that controls power generation of the power generation unit and charge / discharge of the power storage unit. In addition, although this system has the voltage rise suppression function required for grid connection similarly to a general purpose photovoltaic power generation system, since it is a direct current connection system, it has the function as one system.
According to the present invention, the control unit stops the reverse flow of the generated power based on the comparison between the system voltage and a predetermined threshold voltage when the generated power is flowing backward toward the system, or In addition to reducing the generated power flowing in the reverse direction, the power storage unit is charged with the generated power and selectively includes two modes described below .
According to the power generation system of the present invention, when the system voltage rises, the generated power can be charged to the power storage unit so as to suppress the operation of the voltage increase suppression function possessed by the system, so without suppressing the generated power, Power generation can be continued. In particular, since the maximum power point tracking control (MPPT control) used for the power generation control of the solar cell can be continued, the operation with the maximum generated power that the system can output becomes possible. Moreover, since the power generation system of the present invention uses a DC connection system, and this system can always monitor the system voltage as a single system, it does not rely on prediction of the system voltage, and other equipment outside this system. Therefore, it is possible to appropriately determine switching from reverse power flow to charging.
本発明の発電システムは、制御部による逆潮流及び充電の二つの制御形態を含んでいる。
一つ目の形態は、系統電圧が予め定められた閾値電圧以上になると、制御部が、発電電力を負荷に供給した残余である余剰電力の逆潮流を停止させるとともに、余剰電力の全てを蓄電部に充電させる。そして、制御部は、この充電運転を所定時間だけ継続した後に、発電電力の余剰電力による蓄電部への充電を停止させるとともに、発電電力の余剰電力の逆潮流を再開させることができる。
一つ目の形態によると、発電電力の余剰電力を全量蓄電部への充電に使用するため、系統への逆潮流がなくなり、系統側が正常である限り、系統電圧は電力会社の適正電圧範囲内となり、系統電圧を安定化させることができる。また、余剰電力を全量充電に使用することで、充放電器の低負荷運転による効率低下を抑制することも可能である。
The power generation system of the present invention includes two control modes of reverse power flow and charging by the control unit.
In the first form, when the system voltage becomes equal to or higher than a predetermined threshold voltage, the control unit stops the reverse power flow of surplus power that is the remaining power supplied to the load and stores all surplus power. Charge the part. Then, after continuing the charging operation for a predetermined time, the control unit can stop the charging of the power storage unit with the surplus power of the generated power and can resume the reverse flow of the surplus power of the generated power.
According to the first form, since the surplus power of the generated power is used to charge the entire power storage unit, the reverse power flow to the system is eliminated and the system voltage is within the appropriate voltage range of the power company as long as the system side is normal. Thus, the system voltage can be stabilized. Moreover, it is also possible to suppress the efficiency fall by the low load driving | running of a charger / discharger by using surplus electric power for whole charge.
一つ目の形態において、系統電圧が予め定められた閾値電圧より低い場合は、汎用の太陽光発電システムと同様に、発電部による発電電力が、発電システムに接続される負荷に必要な電力よりも大きい場合には、DC/DCコンバータ及びAC/DCコンバータを介して発電電力を負荷に供給し、その残余である余剰電力を系統に逆潮流する。そして、余剰電力を系統に逆潮流している最中に系統電圧が予め定められた閾値電圧以上になると、上記の手順で充電運転、逆潮流を再開させる。ここで、閾値電圧は、システムが保有する電圧上昇抑制機能の作動電圧より低く設定することで、電圧上昇抑制機能の作動が抑制される。 In the first form, when the system voltage is lower than a predetermined threshold voltage, the power generated by the power generation unit is greater than the power required for the load connected to the power generation system, as in a general-purpose photovoltaic power generation system. Is larger, the generated electric power is supplied to the load via the DC / DC converter and the AC / DC converter, and the surplus electric power that is the remainder is reversely flowed to the system. Then, when the system voltage becomes equal to or higher than a predetermined threshold voltage while surplus power is flowing backward through the system, the charging operation and the reverse power flow are resumed according to the above procedure. Here, the threshold voltage is set lower than the operating voltage of the voltage increase suppressing function possessed by the system, whereby the operation of the voltage increase suppressing function is suppressed.
二つ目の形態は、直流バス上の電圧であるバス電圧と、発電電力に余剰電力が生じると判断される閾値電圧である余剰電力検知電圧との差分に対応して、蓄電部に充電させる発電電力の余剰電力と逆潮流させる発電電力の余剰電力とを分配する。
二つ目の形態によると、逆潮流、つまり売電しながら蓄電部への充電も行えるため、余剰電力の売電を可能な限り継続しながら、売電できない余剰電力は充電することで、より経済性を高めることができる。
The second embodiment, corresponding to the difference between the bus voltage is the voltage on the DC bus, the surplus power detection voltage is a threshold voltage which is determined surplus power is generated in power generation, charging the charge reservoir section The surplus power of the generated power to be generated and the surplus power of the generated power to be reversed are distributed.
According to the second form, it is possible to charge the power storage unit while making reverse power flow, that is, selling power, so surplus power that can not be sold can be charged while continuing to sell surplus power as much as possible. Economic efficiency can be improved.
二つ目の形態において、発電部と系統の間に設けられる直流バスにおける直流電圧(直流バス電圧)を介して系統電圧を検出することもできる。そうすれば、DC/DCコンバータ、AC/DCコンバータなどを備える電力変換器(パワーコンディショナ)に制御部をソフトウェアとして設けることができるので、発電システムの構成を簡易にできるとともに、コストを低減できる。 In the second embodiment, the system voltage can also be detected via a DC voltage (DC bus voltage) in a DC bus provided between the power generation unit and the system. Then, since a control unit can be provided as software in a power converter (power conditioner) including a DC / DC converter, an AC / DC converter, etc., the configuration of the power generation system can be simplified and the cost can be reduced. .
本発明の発電システムによれば、系統電圧が上昇し、発電電力を系統へ逆潮流させることができなくなっても、発電電力を蓄電部に充電できるので、発電電力を無駄にすることなく利用することができる。しかも、系統電圧に基づいて蓄電部への充電を判断するので、より確実に発電電力を利用することができる。 According to the power generation system of the present invention, even if the system voltage rises and the generated power cannot be reversely flowed into the system, the generated power can be charged to the power storage unit, so that the generated power can be used without wasting it. be able to. Moreover, since the charging of the power storage unit is determined based on the system voltage, the generated power can be used more reliably.
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
[第1実施形態]
図1に示す第1実施形態における太陽光発電システム1は、太陽電池10をパワーコンディショナ19により系統40と連系させ、昼間に太陽電池10の発電電力をAC負荷50に供給し、発電電力がAC負荷50より大きい場合は、余剰電力を系統に逆潮流し、AC負荷50より小さい場合は不足電力を、夜間に系統40から蓄電池60に貯蔵した電力を放電するにより賄う電力貯蔵型の発電システムである。尚、AC負荷50に対し、発電電力及び蓄電池からの放電電力が不足する場合は、系統40からAC負荷50に電力を供給するシステムである。
また、太陽光発電システム1は、太陽電池10で発電された電力を交流に変換することなく、直流電力として蓄電池60に貯蔵する直流接続システムを構成する。交流接続システムでは一般的に市販の太陽光発電システムが採用されるため、電圧上昇抑制機能の作動状況を蓄電池システムが認識し、充電運転に切り替えることが難しいが、直流接続システムにおいては一システムとして常時系統電圧を監視し、電圧上昇抑制機能を保有しているため、逆潮流により系統電圧が上昇し、電圧上昇抑制機能の作動電圧に達する前に、余剰電力の蓄電池への充電制御に切り替えることが容易に可能である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
[First Embodiment]
The solar
Moreover, the solar
パワーコンディショナ19は、太陽電池10に接続されるDC/DCコンバータ21と、DCバス24によりDC/DCコンバータ21に対して各々直列に接続されるAC/DCコンバータ22及び充放電器23とからなる電力変換器20を備えている。
太陽電池10で発電された電力は、DC/DCコンバータ21により所定の電圧に変換して、AC/DCコンバータ22及び蓄電池60の一方又は双方に供給される。
AC/DCコンバータ22は、DC/DCコンバータ21を経た太陽電池10からの直流電力(PV電力)を交流電力に変換するインバータ動作および系統40からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ動作の双方向機能を有している。
充放電器23は、蓄電池60への電力の充電、蓄電池60からの電力の放電を制御する。
The
The electric power generated by the
The AC /
The charger /
系統40は、電力会社から交流電力を供給するものであり、図示を省略した分電盤に接続される。
AC負荷50は、住宅、その他の建物内で使用される交流電力で動作する複数の電気機器からなり、分電盤に接続される。実際に使用される電気機器の種類、数に応じて、AC負荷50は変動する。AC負荷50には、系統40、又は、AC/DCコンバータ22を経由した交流電力が供給される。AC/DCコンバータ22を経由した交流電力としては、太陽電池10で発電された電力、蓄電池60から放電された電力が含まれる。
蓄電池60は、本実施形態では自動車に搭載されるものを示しているが、電力を貯蔵し、必要に応じて放電できる蓄電装置を広く適用することができる。
The
The
In the present embodiment, the
太陽光発電システム1のパワーコンディショナ19は、制御部30を備えている。
制御部30は、AC/DCコンバータ22に指示を与えることで、出力電圧、電流を制御しており、系統電圧上昇時には電圧上昇抑制機能を作動させ、進相無効電力制御や出力電力制御を行う機能を備える。また、制御部30は、充放電器23に指示を与えることで、充電及び放電、並びにその停止を制御する機能を有し、系統電圧上昇時には前記電圧上昇抑制機能の作動に先立ち、余剰電力による充電制御に切り替える機能を備える。このため、系統電圧上昇時には、まず、余剰電力の充電制御により系統電圧の上昇を抑制し、蓄電池が満充電もしくは余剰電力が最大充電電力を上回り、充電制御のみでは電圧上昇を抑制できない場合にのみ電圧上昇抑制機能が作動するよう制御される。
制御部30は、以上の制御を実行するために、電圧検出器31により測定される系統電圧Vsを逐次取得する。また、制御部30は、余剰電力の充電制御への切り替え時に、逆潮流が生じないように制御するために、受電端に設置された電流検出器28と受電電力検出回路29を構成する。尚、受電電力検出回路29は、AC負荷50に対し、発電電力が不足し、蓄電池60からの放電制御を行う際、放電電力が系統に逆潮流しないよう受電端電力を制御するためにも使用される回路である。制御部30は、閾値電圧Vtを保持しており、閾値電圧Vtは、余剰となったPV電力の逆潮流により系統電圧が上昇し、電圧上昇抑制機能が作動することを防止するため、適正系統電圧以上でかつ電圧上昇抑制機能作動時の電圧整定値以下の範囲にて設定される。これにより電圧上昇抑制機能の作動前に逆潮流運転から充電運転に切り替えるため、電圧上昇抑制機能の作動による発電電力の出力抑制を抑えることが可能となる。
The
The
図2に基づいて制御部30による制御手順を説明する。なお、この制御手順は、逆潮流が行なわれていることを前提とする。
制御部30は、閾値電圧Vtと電圧検出器31から取得する系統電圧Vsとを比較する(図2 ステップS101)。
制御部30は、系統電圧Vsが閾値電圧Vt以上になると(図2 ステップS101 Yes)、AC/DCコンバータ22に逆潮流を停止することを指示(図2 ステップS103)し、また、充放電器23に蓄電池60への充電を開始することを指示(図2 ステップS105)する。太陽光発電システム1は、余剰電力の逆潮流運転から充電運転に移行する。
制御部30は、系統電圧Vsが閾値電圧Vt未満(図2 ステップS101 No)の場合には、当該比較を継続する。
制御部30は、逆潮流の停止、充電の開始の指示から所定時間は充電運転を継続し、所定時間経過後(図2 ステップS107)に、充放電器23に蓄電池60への充電の停止を指示(図2 ステップS109)し、AC/DCコンバータ22に逆潮流運転に復帰することを指示(図2 ステップS111)する。太陽光発電システム1は、余剰電力の充電運転から逆潮流運転に復帰する。
逆潮流運転に復帰すると、制御部30は、閾値電圧Vtと電圧検出器31から取得する系統電圧Vsとを比較する(図2 ステップS101)手順に戻り、逆潮流運転が行なわれている間、以上と同様の手順が繰り返される。
A control procedure by the
When the system voltage V s becomes equal to or higher than the threshold voltage V t (step S101 Yes in FIG. 2), the
When the system voltage V s is less than the threshold voltage V t (No in step S101 in FIG. 2), the
The
When returning to the reverse power flow operation, the
以上の構成を備える太陽光発電システム1の動作は以下の通りである。
太陽電池10で発電された直流のPV電力は、DC/DCコンバータ21により所定の電圧に変換される。この直流電力は、AC/DCコンバータ22、又は、充放電器23に供給される。
AC/DCコンバータ22を経由したPV電力は、AC負荷50で消費され、余剰電力は系統40に逆潮流される。本実施形態は、上述したように、逆潮流が行なわれているときに、系統電圧Vsが閾値電圧Vt以上になると、逆潮流を停止するとともに、余剰電力の蓄電池60への充電を開始する。
The operation of the photovoltaic
The DC PV power generated by the
The PV power passing through the AC /
一方、充放電器23を経由したPV電力は、充放電器23により充電電力が制御されながら、蓄電池60に充電される。このとき、AC/DCコンバータ22を経由したPV電力をAC負荷50で消費しながら、余剰分を蓄電池60に充電することができる。尚、満充電や余剰電力が充電電力を上回る場合に、蓄電池で充電しきれないさらなる余剰分が発生する場合には、その余剰分を系統40に逆潮流させることもできる。但し、この場合、余剰電力により電圧上昇抑制機能の作動電圧に達した場合には、電圧上昇抑制機能により、発電電力の出力抑制が行われることとなる。
On the other hand, the PV power passing through the charger /
太陽光発電システム1は、蓄電池60に貯蔵された電力(PV電力又は系統電力に由来)を放電し、AC負荷50の消費に供することができる。この場合、充放電器23により放電電力が制御されながらAC/DCコンバータ22に供給され、ここで交流電力に変換されてからAC負荷50に供給される。このとき、受電電力検出回路29により、受電端にて放電電力が逆潮流しないよう充放電器23及びAC/DCコンバータ22は制御される。また、放電制御時には、蓄電池60を経ることなく太陽電池10から直接供給されるPV電力と蓄電池60からの放電電力と併用して、AC負荷50に供給することもできる。
The solar
次に、太陽光発電システム1の具体的な運用例を説明する。
この運用例では、経済性を優先した夜間電力貯蔵型の太陽光発電システムの運用例を示し、夜間電力の時間帯と昼間電力の時間帯に区分され、昼間電力の時間帯は、太陽電池10によるPV電力がAC負荷50に必要な電力(以下、単にAC負荷50)を上回るか否かで区分される。なお、この運用例は、あくまで一例である。
(1)夜間電力時間帯
系統40からの夜間電力を蓄電池60に充電する。
また、AC負荷50はすべて系統40からの電力で賄い、蓄電池60からの放電は行わない。なお、太陽電池10のPV電力の余剰電力を蓄電池60に充電し、昼間の系統電圧上昇時の充電運転に対処できるように、夜間充電終了時のSOC(State Of Charge:SOC)を、例えば90%程度に抑える。
Next, a specific operation example of the solar
This operation example shows an operation example of a nighttime power storage type solar power generation system giving priority to economy, and is divided into a nighttime power time zone and a daytime power time zone. Is divided depending on whether or not the PV power exceeds the power required for the AC load 50 (hereinafter simply referred to as AC load 50). Note that this operation example is merely an example.
(1) Nighttime power time zone Charges the
Further, all the
(2)昼間電力時間帯でPV電力がAC負荷50を上回る場合
PV電力をAC負荷50に供給した後の余剰電力は系統に逆潮流(売電)させる。この状態を図3(a)に示す。なお、図3(a)において、太線は、付されている矢印の向きに電力が流れていることを示している(図3(b)も同様)。余剰電力の逆潮流により系統電圧Vsが上昇し、閾値電圧Vt(例:107V)に達した場合は、余剰電力の充電運転に切り替える。この余剰電力の充電運転中も、PV電力をAC/DCコンバータ22を介してAC負荷50の消費電力分を供給する。この状態を図3(b)に示す。
充電運転に切り替えた後は所定時間(例:30分)だけ充電運転を継続する。充電運転継続中にPV電力が低下し、AC負荷50の方が高くなった場合には、充電制御から放電制御に切り替え、蓄電池60に貯蔵されている電力を放電し、AC負荷50に供給する。このとき、PV電力と蓄電池60の放電電力による供給電力より、AC負荷50の方が大きい場合には、系統40からその不足電力が供給される。尚、充電運転に切り替えた後は所定時間が経過するまでは放電制御に切り替えず、PV電力による供給での不足電力は全て系統40から供給してもよい。
所定時間経過後に充電運転を停止し、逆潮流運転(余剰電力)に復帰する。その後、閾値電圧Vtまで系統電圧Vsが上昇した場合は、充電運転を再度行う。電圧上昇が収まる前に、蓄電池60が満充電に達した場合には、充電制御による電圧上昇抑制ができないが、従来の電圧上昇抑制機能を作動させることで、系統電圧の上昇は抑制することが可能である。
(2) When the PV power exceeds the
After switching to the charging operation, the charging operation is continued for a predetermined time (eg, 30 minutes). When the PV power decreases while the charging operation continues and the
After the predetermined time has elapsed, the charging operation is stopped and the operation returns to the reverse power flow operation (surplus power). Thereafter, when the system voltage V s to the threshold voltage V t rises to charge operation again. If the
(3)昼間電力時間帯でPV電力がAC負荷50以下の場合(朝方・夕方など)
PV電力がAC負荷50以下の場合は、PV電力に加えて、夜間電力時間帯に蓄電した系統電力を放電することによりAC負荷50に電力を供給する。このとき、受電電力検出回路29により、受電端にて放電電力が逆潮流しないよう充放電器23及びAC/DCコンバータ22は制御される。安価な夜間電力の貯蔵電力を昼間に放電することで、系統40からの割高な昼間電力の購入を抑制し経済性を高めるとともに、受電電力のピークカット、及び、夜間電力による電力需要のピークシフトを促進する。
(3) When PV power is less than 50 AC load during daytime power hours (morning, evening, etc.)
When the PV power is equal to or less than the
以上説明したように、第1実施形態による蓄電池60への充電運転を活用した電圧上昇抑制機能の付加により、従来の電圧上昇抑制機能による発電電力の出力抑制を抑え、蓄電池60に求められる系統電圧安定化のための充電機能を活かした太陽光発電の効率的運用が可能となる。
As described above, the addition of the voltage increase suppression function utilizing the charging operation to the
[第2実施形態]
次に、第2実施形態による太陽光発電システム2を図4に基づいて説明する。
系統電圧Vsが閾値電圧Vt以上になると第1実施形態は系統40へ送電する電力を一旦は完全に止めてしまうのに対して、太陽光発電システム2は系統電圧Vsに対応して、蓄電池60への充電電力と系統40へ逆潮流させる電力(売電)とを分配する制御を行う。系統電圧上昇時にも可能な限り逆潮流(売電)を継続できるため、第1実施形態に対し、経済性を高めることが可能となる。なお、第2実施形態の太陽光発電システム2の蓄電池60は、第1実施形態と同様に100%まで充電せずに、若干の充電余地を常に残しておく。
[Second Embodiment]
Next, the photovoltaic
When the system voltage V s becomes equal to or higher than the threshold voltage V t , the first embodiment temporarily stops the power transmitted to the
太陽光発電システム2は、以上の制御を司る制御部35を備えている。
制御部35は、DCバス24上の電圧(DCバス電圧Vb,計測値)を、直流電圧計(DCPT)37が取得する。ここで、系統電圧が上昇し、電圧上昇抑制機能が作動すると、AC/DCコンバータ22による系統40側への送電が抑制され、PV電力が系統40へ送電する電力よりも大きいと、DCバス電圧Vbが上昇する。このように、DCバス電圧Vbの変動を検知することで系統電圧の変動を知ることができる。
制御部35は、余剰電力検知電圧Vdを保持している。余剰電力検知電圧Vdは、これ以上の電圧になるとPV電力に余剰電力が生じると判断される閾値電圧である。
余剰電力検知電圧Vdは、DCバス電圧Vbと対比される。具体的には、DCバス電圧Vb−余剰電力検知電圧Vd(=Vb−d)の演算が行われる。例えば、余剰電力検知電圧Vdが302V、DCバス電圧Vbが300Vの場合は、Vb−d=−2Vが演算結果として出力される。また、余剰電力検知電圧Vdが302V、DCバス電圧Vbが304Vの場合は、Vb−d=2Vが演算結果として出力される。
The solar
In the
The surplus power detection voltage Vd is compared with the DC bus voltage Vb . Specifically, the calculation of DC bus voltage V b −surplus power detection voltage V d (= V b−d ) is performed. For example, when the surplus power detection voltage V d is 302 V and the DC bus voltage V b is 300 V, V b−d = −2 V is output as the calculation result. Further, the surplus power detection voltage V d is 302V, when the DC bus voltage V b is 304V, V b-d = 2V is outputted as a result of calculation.
演算結果(Vb−d)は、演算結果に応じた電流値に変換された後に、充放電器23に対して充電電流指令Inとして送られる。ただし、制御部35には充電電流指令Inに制限が設けられている。この制限の下限は0A(ゼロ アンペア)とされている。したがって、Vb−dが負の数であれば、充電電流指令Inは0Aとして出力される。一方、充電電流指令Inの上限は、充放電器23の機器容量及び蓄電池60の充電状態に対応して最大充電電流Imが設定されている。
Computation result (V b-d), after being converted into a current value corresponding to the calculation result is sent as the charge current command I n to the
以上の通りであり、制御部35は、DCバス電圧Vbが余剰電力検知電圧Vdよりも低いか等しければ充電電流指令Inを0Aとして出力する。このとき、余剰電力はないものと判断され、蓄電池60には充電がなされない。例えば、PV電力が10kW、AC負荷50の消費電力が0kW(負荷停止状態)とすると、その電力は全て系統40に逆潮流(売電)される。なお、前提として逆潮流が生じていることは、第1実施形態と同様である。
一方、制御部35は、DCバス電圧Vbが余剰電力検知電圧Vd以上になると、充電電流指令InをnAとして出力する。このとき、充電電流指令Inに応じた余剰電力が生じているものと判断し、それに応じた電力が蓄電池60に充電される。蓄電池60に充電される分だけ、系統40に逆潮流される電力は絞られる。例えば、PV電力が10kW、AC負荷50の消費電力が0kW(負荷停止状態)とすると、充電電流指令Inに応じて、系統40への逆潮流(売電)電力を5kW、充電電力を5kWに分配して供給し、系統40への売電電力を3kW、充電電力を7kWに分配し、さらに系統40への売電電力を0kW、充電電力を10kWに分配して供給することができる。つまり、充電電流指令Inが0Aから最大充電電流Im(A)の範囲で、PV電力を逆潮流電力と充電電力に配分することができる。
More are as, the
On the other hand, the
次に、太陽光発電システム2の具体的な運用例を説明する。
この運用例は、系統電圧Vsの値によって、3つに区分される。なお、この運用例は、あくまで一例である。
(1)系統電圧が標準電圧の場合(PV電力;10kW ,AC負荷50;0kW → 系統への逆潮流;10kW)
系統電圧Vsが標準電圧(Vb−dが負の数)の場合、PV電力の全てを系統40側へ送電する。例えば、PV電力が10kWだとすると、系統40への逆潮流(売電)電力は10kWとなる。
このとき、AC/DCコンバータ21によりDCバス電圧は常に標準電圧に制御されるため、DCバス電圧は余剰電力検知電圧Vdを下回る。よって、PV電力が余剰になると制御部35が出力する充電電流指令Inは常に0Aとなる。
Next, a specific operation example of the solar
This operational example, the value of the system voltage V s, is divided into three. Note that this operation example is merely an example.
(1) When the system voltage is the standard voltage (PV power: 10kW,
If the system voltage V s is the standard voltage (V b-d is a negative number), the transmission of all the PV power to the
At this time, since the DC bus voltage by AC /
(2)系統電圧の上昇により電圧上昇抑制機能が作動し、逆潮流が制限される場合(PV電力;10kW,AC負荷50;0kW → 系統への逆潮流;5kW)
PV電力10kWのうち、5kWしか系統40に送電できない場合、5kWが余剰分となる。この場合、DC/DCコンバータ21を介してDCバス24へ流入する電力がAC/DCコンバータ22を経由してDCバス24から流出する電力を上回るため、DCバス電圧は上昇する。
DCバス電圧が余剰電力検知電圧Vdを上回ると、制御部35が動作し、充電電流指令Inが正の値を出力し、DCバス電圧Vbが余剰電力検知電圧Vd(Vb−d=0V)となるよう制御する。
以上のようにして、PV電力の余剰分は蓄電池60に充電される。
(2) When the voltage rise suppression function is activated by the rise of the system voltage and the reverse power flow is restricted (PV power: 10kW,
When only 5 kW of
When the DC bus voltage exceeds the surplus power detection voltage V d, the
As described above, the surplus PV power is charged in the
(3)系統電圧がさらに上昇し、電圧上昇抑制機能により、逆潮流できない場合(PV電力;10kW,AC負荷50;0kW → 系統への逆潮流;0kW)
系統40側に全く送電できない場合、10kWが余剰分となる。この場合、(2)と同様の動作により、PV電力の余剰分10kWは全て蓄電池60に充電される。
(3) When the system voltage further rises and the reverse power flow cannot be reversed due to the voltage rise suppression function (PV power: 10kW,
If no power can be transmitted to the
以上説明したように、第2実施形態によると、第1実施形態と同様の効果に加えて、逆潮流、つまり売電しながら蓄電部への充電も行えるため、PV電力をより経済性を高めながら、効率的に利用することができる。 As described above, according to the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, reverse power flow, that is, the power storage unit can be charged while selling power. However, it can be used efficiently.
なお、以上説明した太陽光発電システム1,2は発電を太陽電池10で行うことにしているが、本発明は自然エネルギに由来する発電源(例えば風力発電)を太陽電池10に替えて、又は、太陽電池10とともに用いることができる。
また、以上説明した太陽光発電システム1,2は、建物が住宅、蓄電部が車載用の蓄電池を示したが、建物は住宅に限らず、例えば、工場、各種施設などの住宅以外の建物にも適用可能であり、車載用蓄電池に限らず、建物に据え置かれる定置型蓄電池にも適用可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
In addition, although the solar
Moreover, although the solar
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
1,2 太陽光発電システム
10 太陽電池
19 パワーコンディショナ
20 電力変換器
21 AC/DCコンバータ
22 DC/DCコンバータ
23 充放電器
24 DCバス
28 電流検出器
29 受電電力検出回路
30 制御部
31 電圧検出器
35 制御部
37 直流電圧計
40 系統
50 AC負荷
60 蓄電池
Im 最大充電電流
In 充電電流指令
Vb バス電圧
Vd 余剰電力検知電圧
Vs 系統電圧
Vt 閾値電圧
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記発電部による発電電力及び前記系統からの電力を貯蔵し、前記発電部と直流接続される蓄電部と、
前記発電部に接続されるDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータに対して、直流バスを介して各々直列に接続されるAC/DCコンバータ及び充放電器とを備えるパワーコンディショナと、
前記系統、又は、前記AC/DCコンバータを経由した交流電力が供給される負荷と、
前記AC/DCコンバータに指示を与えることで前記発電電力の前記系統への逆潮流を制御し、かつ、前記充放電器に指示を与えることで前記蓄電部への充放電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電電力が前記系統に向けて逆潮流している際に、
系統電圧と予め定められた閾値電圧との比較に基づいて、前記発電電力の逆潮流を停止させ、または、逆潮流する前記発電電力を低減させるとともに、前記発電電力を前記蓄電部に充電させ、かつ、
前記制御部は、
前記閾値電圧を超えると、前記発電電力を負荷に供給した残余である余剰電力の逆潮流を停止させるとともに、
前記発電電力の余剰電力の全てを前記蓄電部に充電させ、
前記充電を所定時間だけ継続した後に、前記発電電力の余剰電力による前記蓄電部への前記充電を停止させるとともに、前記逆潮流を再開させる第1形態か、
または、
前記直流バス上の電圧であるバス電圧と、前記発電電力に余剰電力が生じると判断される閾値電圧である余剰電力検知電圧との差分に対応して、前記蓄電部に充電させる発電電力の余剰電力と逆潮流させる発電電力の余剰電力とを分配する第2形態を備える、
ことを特徴とする電力貯蔵型の発電システム。 A power generation unit that is connected to an external system and generates power by receiving sunlight ,
A power storage unit that stores power generated by the power generation unit and power from the grid, and is connected to the power generation unit in a DC connection;
A DC / DC converter connected to the power generation unit, and a power conditioner including an AC / DC converter and a charger / discharger connected in series to each other in series via a DC bus with respect to the DC / DC converter,
A load supplied with AC power via the system or the AC / DC converter;
A control unit that controls reverse flow of the generated power to the system by giving an instruction to the AC / DC converter, and controls charge / discharge to the power storage unit by giving an instruction to the charger / discharger; With
The controller is
When the generated power is flowing backward toward the grid,
Based on the comparison of the predetermined threshold voltage and the system voltage, the reverse flow of the generated power is stopped, or, together with reducing the generated power for reverse power flow, to charge the generated electric power to said power storage unit ,And,
The controller is
When the threshold voltage is exceeded, the reverse power flow of the surplus power that is the residual that has supplied the generated power to the load is stopped, and
Let the power storage unit charge all of the surplus power of the generated power,
After continuing the charging for a predetermined time, the first form of stopping the charging to the power storage unit by surplus power of the generated power and restarting the reverse power flow ,
Or
Corresponding to the difference between the bus voltage, which is a voltage on the DC bus, and the surplus power detection voltage, which is a threshold voltage at which surplus power is determined to be generated in the generated power, surplus generated power to be charged in the power storage unit A second mode for distributing the power and the surplus power of the generated power to be reverse-flowed ,
A power storage type power generation system.
前記発電部による発電電力が、前記発電システムに接続される前記負荷に必要な電力よりも大きい場合には、
前記DC/DCコンバータ及び前記AC/DCコンバータを介して前記発電電力を前記負荷に供給し、その余剰分が前記逆潮流に振り向けられる、
請求項1に記載の電力貯蔵型の発電システム。 In the first form,
Power generated by the power generating unit is greater than the power required to the load connected to the power generation system,
Supplying the generated power to the load via the DC / DC converter and the AC / DC converter, and surplus is directed to the reverse flow;
The power storage type power generation system according to claim 1 .
前記系統電圧は、前記発電部と前記系統との間の直流バスにおける直流電圧を介して検出される、
請求項1に記載の電力貯蔵型の発電システム。 In the second embodiment,
The system voltage is detected via a DC voltage in a DC bus between the power generation unit and the system.
The power storage type power generation system according to claim 1 .
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