JP5952169B2 - パワーコンディショナ、パワーコンディショナシステムおよびパワーコンディショナの制御方法 - Google Patents

パワーコンディショナ、パワーコンディショナシステムおよびパワーコンディショナの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、パワーコンディショナ、パワーコンディショナシステムおよびパワーコンディショナの制御方法に関するものである。
一般的な電気機器・情報機器のＡＭラジオへの放射ノイズを抑えるメーカ側の技術規準として、ＶＣＣＩ（Voluntary Control Council for Information Technology Equipment）が定めた規準がある。しかし、この規準は、太陽光発電用パワーコンディショナ製品に関しては、メーカにとって自主規制的なものであり、拘束力はない。また、この規準を満たしたとしても、ＶＣＣＩが考慮する周波数帯域は３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚまでであり、より低いＡＭ周波数帯である５００ｋＨｚ〜１６００ｋＨｚの周波数は考慮されていない。
なお、引用文献１には、インバータがノイズを生じる可能性があるため、インバータの入出力部にノイズフィルタを設けてノイズを抑制する装置が開示されている。
特開２００１−６５４６３号公報
従来の太陽光発電用パワーコンディショナでは、パワーコンディショナの運転時に半導体スイッチングノイズを発生し、この半導体スイッチングノイズによるＡＭラジオへの放射ノイズを抑えるために、回路や機構を検討する場合が有り、開発の時間やコストに影響を与える可能性がある。
そこで、太陽光発電用パワーコンディショナでは、放射ノイズ対策のための時間とコストを抑えるために、ＡＭラジオ等に高調波などが影響を与える可能性のある周波数の利用を避けることが望ましい。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、地域の放送周波数への影響を軽減することができるパワーコンディショナ、パワーコンディショナシステムおよびパワーコンディショナの制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換して商用の電力系統と連系するパワーコンディショナにおいて、太陽電池パネルの電気的出力に基づき太陽電池パネルの設置地域を特定する地域特定部と、前記太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換するためのコンバータまたはインバータの励振周波数を制御する励振周波数制御部とを備え、前記励振周波数制御部は、前記設置地域に基づき前記励振周波数を制御することを特徴とする。
本発明のパワーコンディショナは、地域と該地域の放送周波数との紐付けを記憶する記憶部を更に備え、前記励振周波数制御部は、前記設置地域に対応する地域の放送周波数へ影響を与えないように前記励振周波数を制御することが好ましい。
前記地域特定部は、前記電気的出力に応じて日の出時刻または日の入り時刻の少なくとも何れか一方を検出することにより地域を特定することが好ましい。
また、本発明は、太陽電池パネルと、太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換して商用の電力系統と連系するパワーコンディショナとからなるパワーコンディショナシステムにおいて、前記パワーコンディショナは、前記太陽電池パネルの電気的出力に基づき太陽電池パネルの設置地域を特定する地域特定部と、前記太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換するためのコンバータまたはインバータの励振周波数を制御する励振周波数制御部とを備え、前記励振周波数制御部は、前記設置地域に基づき前記励振周波数を制御することを特徴とする。
また、本発明は、太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換して商用の電力系統と連系するパワーコンディショナの制御方法において、前記太陽電池パネルの電気的出力に基づき太陽電池パネルの設置地域を特定するステップと、前記太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換するためのコンバータまたはインバータの励振周波数を、前記設置地域に基づき制御するステップとを含むことを特徴とする。
本発明は、地域の放送周波数への影響を軽減することができる。
本発明の実施の形態に係るパワーコンディショナシステムの構成図である。 設置位置の地域を特定する処理手順を説明するフローチャートである。 地域の特定に利用する日本の日の出の時刻データベースの一例を示す図である。 地域の特定に利用する日本の日の入の時刻データベースの一例を示す図である。 スイッチング周波数を選定する処理手順を説明するフローチャートである。 スイッチング周波数を選定する際に利用されるＡＭラジオ局データベースの概念図である。 パワーコンディショナのスイッチング周波数ごとの放射ノイズ周波数特性の概念図である。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るパワーコンディショナシステムの構成図である。図１に示すパワーコンディショナシステムは、太陽電池（ＰＶ）パネル１と、接続ユニット２と、太陽電池パネル１の電気的出力を電圧変換および電流変換するパワーコンディショナ３と、商用電源であるＡＣ系統４とにより構成される。
パワーコンディショナ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、ＤＣ／ＡＣインバータ１２と、開閉器１３と、制御部１４（地域特定部、励振周波数制御部）と、データ蓄積装置１５（記憶部）とを備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、太陽電池パネル１の発生電圧をＤＣ／ＡＣインバータ１２で使える直流電圧に変換する。ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、直流電圧から商用の５０Ｈｚや６０Ｈｚの交流に変換する。開閉器１３は、必要に応じてＡＣ系統４から遮断する時にオフさせる。
制御部１４は、ＡＣ系統４からの電源もしくは太陽電池パネル１からの電力供給により稼動し、日の出、日の入を自動で観測・分析することでパワーコンディショナシステムの設置位置の地域を特定するとともに、設置地域でのＡＭラジオに影響を及ぼすことの無いスイッチング周波数を自動で選定する。
データ蓄積装置１５は、工場出荷試験時に取得したスイッチング周波数（励振周波数）、電力変換効率、放射ノイズの試験データからなる放射ノイズ周波数特性データと、地域とその地域の放送周波数からなる全国のＡＭラジオ局の周波数データベースと、全国の日の出、日の入時刻データベースを格納している。これらの放射ノイズ周波数特性データや、ＡＭラジオ局の周波数データベースや、全国の日の出、日の入時刻データベースは、工場出荷時にデータ蓄積装置１５に記録される。
まず、システム設置時（運用開始時）においてシステム設置位置の地域を特定する処理手順を図２のフローチャートに基づいて説明する。
制御部１４は、太陽電池パネル１からの入力電圧の上昇を確認する（Ｓ１０１）。この時点では、パワーコンディショナは、不安定な電力での開閉器１３の動作を懸念して運転（直流から交流変換）を行っていない。まだ、日は昇っておらず、周りは明るくなり始めた頃である。
制御部１４は、太陽電池パネル１からの入力電圧が特定の電圧（例えば５０Ｖ）を超えたときを日の出と判断し（Ｓ１０２）、パワーコンディショナ内に具備するカレンダー機能により、その日時をデータ蓄積装置１５に記録する（Ｓ１０３）。
制御部１４は、記録した日の出時刻に基づいて、データ蓄積装置１５に格納されている日の出の時刻データベースから、同日時近傍の日の出時刻に該当する地域を検索する（Ｓ１０４）。図３は、地域の特定に利用する日本の日の出の時刻データベースの一例を示す図である。図３において、例えば、日の出を４時５５分とすると、神奈川〜群馬〜新潟の地域が抽出される。制御部１４は、次の日没までは地域の特定ができないため、発電可能な電圧に上昇したならば、効率重視のスイッチング周波数（工場出荷値）で運転を開始する。制御部１４は、この時点で考えられうる地域を暫定的に決め、その地域に基づいて以下のノイズ回避手順を行うようにしてもよい。
制御部１４は、太陽電池パネル１からの入力電圧が特定の電圧（例えば３０Ｖ）を下回ったときを日の入と判断し（Ｓ１０５）、パワーコンディショナ内に具備するカレンダー機能によりその日時をデータ蓄積装置に記録する（Ｓ１０６）。
制御部１４は、記録した日の入時刻に基づいて、データ蓄積装置１５に格納されている日の出の時刻データベースから、同日時近傍の日の入時刻に該当する地域を検索する（Ｓ１０７）。図４は、地域の特定に利用する日本の日の入の時刻データベースの一例を示す図である。図４において、例えば、日の入を１８時４０分とすると、神奈川〜埼玉〜栃木〜福島の地域が抽出される。制御部１４は、日の出時刻にあたる地域の検索と、日の入時刻にあたる地域の検索の結果より、日の出・日の入ラインが交差する地点からシステムの設置位置の地域を特定する（Ｓ１０９）。
制御部１４は、地域を特定すると、特定された地域のＡＭラジオ局に影響が少ない放射ノイズの周波数特性となるスイッチング周波数を選択する。次に、ＡＭラジオ局に影響が少ない放射ノイズの周波数特性となるスイッチング周波数を選定する処理手順を図５のフローチャートに基づいて説明する。
制御部１４は、パワーコンディショナに、放射ノイズ対策より効率を優先する設定がなされているか否かを判定する（Ｓ２０１）。効率を優先する設定がなされている場合（Ｙｅｓの場合）は、スイッチング（ＳＷ）周波数を工場出荷時のままとする（Ｓ２０２）。
制御部１４は、「放射ノイズ対策」を優先する設定がなされている場合（Ｎｏの場合）は、図２で説明した地域特定の処理を行い（Ｓ２０３）、特定された地域のＡＭラジオ局を、データ蓄積装置１５に格納されているＡＭラジオ局データベースより参照する（Ｓ２０４）。図６は、スイッチング周波数を選定する際に利用されるＡＭラジオ局データベースの概念図である。
制御部１４は、更に、工場出荷時のスイッチング周波数の場合の放射ノイズデータを参照し（Ｓ２０５）、特定された地域のラジオ局周波数に放射ノイズが閾値を超えてヒットするノイズが存在するか否かを判定する（Ｓ２０６）。制御部１４は、ヒットするノイズが存在しない場合（Ｎｏの場合）は、このノイズを与えないスイッチング周波数を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１またはＤＣ／ＡＣインバータ１２のスイッチング周波数と決定する（Ｓ２０７）。制御部１４は、ヒットするノイズが存在する場合（Ｙｅｓの場合）は、ノイズがヒットする周波数（ラジオ局）をカウントする（Ｓ２０８）。
図７は、パワーコンディショナのスイッチング周波数ごとの放射ノイズ周波数特性の概念図である。図７において、波線は、放射ノイズの閾値を表しており、ハッチングが施された領域は、ラジオ局が存在する周波数領域を表している。制御部１４は、放射ノイズが閾値を超える領域と、ハッチングが施された領域（ラジオ局が存在する周波数領域）とが重なる箇所をカウントする。
次に、制御部１４は、全てのスイッチング周波数にてノイズがヒットする周波数（ラジオ局）のカウントを行ったか否かを判定する（Ｓ２０９）。制御部１４は、全てのスイッチング周波数にてノイズがヒットする周波数（ラジオ局）をカウントする処理を行っていない場合（Ｎｏの場合）は、スイッチング周波数をシフトし、周波数をシフトした場合の放射ノイズデータを参照して（Ｓ２１０）、Ｓ２０６に戻る。
制御部１４は、全てのスイッチング周波数にてノイズがヒットする周波数（ラジオ局）をカウントする処理を行った場合（Ｙｅｓの場合）は、ノイズがヒットするラジオ局数が最も少ないスイッチング周波数を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１またはＤＣ／ＡＣインバータ１２のスイッチング周波数と決定する（Ｓ２１１）。
なお、Ｓ２１１において、ノイズがヒットするラジオ局数が同じであった場合は、電力変換効率の高いスイッチング周波数を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１またはＤＣ／ＡＣインバータ１２のスイッチング周波数と決定する。したがって、本発明は、ＡＭラジオへの放射ノイズの影響を、パワーコンディショナの電力変換効率をできるだけ下げることなく回避することができる。
また、上述した実施の形態において、図７に示すスイッチング周波数ごとの放射ノイズ周波数特性データは、パワーコンディショナのデータ蓄積装置１５に工場出荷時に記録されるが、工場出荷時にスイッチング周波数ごとの放射ノイズ周波数特性データをより細かく取ればノイズ回避可能なパターンは増えることになる。
本発明は、ＧＰＳなどのデバイスを具備することなくパワーコンディショナの設置地域を特定し、パワーコンディショナの設置地域のＡＭラジオ局の周波数使用状況にあわせてスイッチング周波数を選択するので、放射ノイズの影響を短時間にローコストで抑えることができる。また、これらは全て自動で行われるため、本発明は、ユーザや設置業者に、設置時および移設時において位置情報等を入力させることなく、ＡＭラジオへの放射ノイズの影響を回避することができる。
１ 太陽電池パネル
２ 接続ユニット
３ パワーコンディショナ
４ ＡＣ系統
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ ＤＣ／ＡＣインバータ
１３ 開閉器
１４ 制御部
１５ データ蓄積装置

Claims (5)

  1. 太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換して商用の電力系統と連系するパワーコンディショナにおいて、
    太陽電池パネルの電気的出力に基づき太陽電池パネルの設置地域を特定する地域特定部と、
    前記太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換するためのコンバータまたはインバータの励振周波数を制御する励振周波数制御部とを備え、
    前記励振周波数制御部は、前記設置地域に基づき前記励振周波数を制御することを特徴とするパワーコンディショナ。
  2. 地域と該地域の放送周波数との紐付けを記憶する記憶部を更に備え、前記励振周波数制御部は、前記設置地域に対応する地域の放送周波数へ影響を与えないように前記励振周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
  3. 前記地域特定部は、前記電気的出力に応じて日の出時刻または日の入り時刻の少なくとも何れか一方を検出することにより地域を特定することを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナ。
  4. 太陽電池パネルと、太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換して商用の電力系統と連系するパワーコンディショナとからなるパワーコンディショナシステムにおいて、
    前記パワーコンディショナは、
    前記太陽電池パネルの電気的出力に基づき太陽電池パネルの設置地域を特定する地域特定部と、
    前記太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換するためのコンバータまたはインバータの励振周波数を制御する励振周波数制御部とを備え、
    前記励振周波数制御部は、前記設置地域に基づき前記励振周波数を制御することを特徴とするパワーコンディショナシステム。
  5. 太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換して商用の電力系統と連系するパワーコンディショナの制御方法において、
    前記太陽電池パネルの電気的出力に基づき太陽電池パネルの設置地域を特定するステップと、
    前記太陽電池パネルの電気的出力を電圧変換または電流変換するためのコンバータまたはインバータの励振周波数を、前記設置地域に基づき制御するステップとを含むことを特徴とするパワーコンディショナの制御方法。
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