JP6195690B1 - 系統連系インバータ装置 - Google Patents

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Abstract

系統連系インバータ装置3は、太陽電池ストリング1のそれぞれから出力される電力が入力される昇圧コンバータ回路4、昇圧コンバータ回路4のそれぞれから出力される直流電圧を交流電圧へ変換するインバータ回路5、太陽電池ストリング1ごとに太陽電池ストリング1の出力電圧である電源電圧を検出する電圧検出器13、太陽電池ストリング1ごとに太陽電池ストリング1の出力電流である電源電流を検出する電流検出器12、商用電力系統2がインバータ回路5に印加する系統電圧を検出する電圧検出器15、並びに、電源電圧、電源電流及び系統電圧を用いて昇圧コンバータ回路4の昇圧動作の停止を許可するか禁止するかを判定する制御器16を備える。

Description

本発明は、商用電力系統と連系可能に構成される系統連系インバータ装置に関する。
系統連系インバータ装置は、太陽電池ストリングが発電する直流電力を昇降圧する昇降圧コンバータ、及び昇降圧コンバータが出力する直流電力を交流電力へ変換して商用電力系統に出力するインバータ回路を備える。下記特許文献1に記載された系統連系インバータ装置では、系統電圧とインバータ出力電流とに基づいて昇圧動作時の目標電圧を設定すると共に、降圧動作開始電圧を目標電圧よりも高い電圧に設定し、昇降圧コンバータの運転状態を、太陽電池出力電圧に応じて、昇圧動作モード、バイパス動作モード及び降圧動作モードのうちの何れかに切り替える制御を行っている。
また、特許文献1では、昇降圧コンバータであるコンバータ回路は、インバータ回路を正常に動作させるため、出力電圧が(√2×系統電圧+35)[V]となるように制御している。
特許第5349688号公報
しかしながら、特許文献1において想定される太陽電池ストリングの数は1である。太陽電池ストリングの数が複数の場合、以下に説明する課題が想起される。なお、説明の前提として、太陽電池のストリングの数は3とし、系統電圧は200[V]とする。このとき、コンバータ回路の出力電圧として設定される昇圧動作時の出力電圧目標値は、√2×200+35=317.8[V]となる。
まず、第1の太陽電池ストリングの出力電圧が330[V]、第2の太陽電池ストリングの出力電圧が310[V]、第3の太陽電池ストリングの出力電圧が280[V]である場合を想定する。この場合、第1の太陽電池ストリングの出力電圧は、出力電圧目標値より大きいため、第1の太陽電池ストリングに接続される第1のコンバータ回路はバイパス動作モードとなる。一方、第2及び第3の太陽電池ストリングの各出力電圧は、出力電圧目標値より低いため、第2及び第3の太陽電池ストリングのそれぞれに接続される第2及び第3のコンバータ回路は昇圧動作モードとなる。第1から第3のコンバータ回路は、指定された動作モードで動作することで、太陽電池ストリングごとに最大電力点を追従する制御を行う。
次に、第1の太陽電池ストリングの出力電圧が340[V]、第2の太陽電池ストリングの出力電圧が330[V]、第3の太陽電池ストリングの出力電圧が320[V]である場合を想定する。この場合、各太陽電池ストリングの出力電圧は、出力電圧目標値より大きい。このため、特許文献1の手法を適用すると、第1から第3のコンバータ回路、すなわち全てのコンバータ回路は、バイパス動作モードでの動作となる。ところが、全てのコンバータ回路がバイパス動作モードで動作すると、各太陽電池ストリングの最大電力点を個別に制御することができない。このため、入力電圧が一番大きい第1の太陽電池ストリングが接続される第1のコンバータ回路をバイパス動作モードで動作させ、第2及び第3の太陽電池ストリングが接続される第1及び第2のコンバータ回路を昇圧動作モードで動作させるというように、制御手法の修正が必要とされる。
上記の通り、各太陽電池ストリングの出力電圧が比較的大きな値でばらつく場合であれば、制御手法の軽微な修正で対応可能である。
次に、太陽電池ストリングを構成する太陽電池の直列枚数が全て同じ場合を考える。この場合、各太陽電池ストリングへの日射条件が同等であれば、各コンバータ回路への入力電圧は同じとなる。このため、各コンバータ回路は、バイパス動作モードで動作可能である。しかしながら、太陽電池の直列枚数が全て同じ場合でも、角度及び方位といった設置条件の寸分違わぬ施工は困難であり、複数の太陽電池ストリングの設置環境を同一とすることは困難である。その結果、各コンバータ回路のへの入力電圧は、コンバータ回路ごとにコンマ数V程度の差異が生ずる。本来、接続枚数が同一であれば、全てのコンバータ回路をバイパス動作モードで動作させた方が、コンバータ回路でのスイッチング損失が発生しないため、変換効率は高くなる。しかしながら、特許文献1の手法では、種々の動作条件に応じて動作モードの修正が必要であり、複数のコンバータ回路をバイパス動作モードで動作させることはできない。このため、特許文献1の手法では、コンバータ回路の変換効率が低下する場合があるという課題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のコンバータ回路をバイパス動作モードで動作させる制御を可能とし、コンバータ回路の変換効率の更なる改善を可能とする系統連系インバータ装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、商用電力系統に連系可能に構成される系統連系インバータ装置であって、複数の直流電源のそれぞれから出力される電力が入力される複数のコンバータ回路、複数のコンバータ回路のそれぞれから出力される直流電圧を交流電圧へ変換するインバータ回路、複数の直流電源ごとに直流電源の出力電圧である電源電圧を検出する第1の電圧検出器、複数の直流電源ごとに直流電源の出力電流である電源電流を検出する電流検出器、商用電力系統がインバータ回路に印加する系統電圧を検出する第2の電圧検出器、並びに、電源電圧、電源電流及び系統電圧を用いて複数のコンバータ回路の昇圧動作の停止を許可するか禁止するかを判定する制御器を備える。
本発明によれば、複数のコンバータ回路をバイパス動作モードで動作させる制御を通じて、コンバータ回路の変換効率の更なる改善が可能になる、という効果を奏する。
実施の形態1に係る系統連系インバータ装置を含む太陽光発電システムを示す構成図 実施の形態1における制御器の構成の詳細図 実施の形態1における昇圧コンバータ回路の動作条件と動作モードとの組み合わせを示す図 実施の形態1における制御器の動作説明に供するフローチャート 実施の形態2における制御器の構成の詳細図 実施の形態2における昇圧コンバータ回路における動作条件と動作モードとの組み合わせを示す図 太陽電池ストリングの特性と電力変化率との関係を示す図 実施の形態2における制御器の動作説明に供するフローチャート
以下に、本発明の実施の形態に係る系統連系インバータ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る系統連系インバータ装置を含む太陽光発電システムを示す構成図である。太陽光発電システム100は、図1に示すように、複数の直流電源である太陽電池ストリング1a,1b,1cと、複数の太陽電池ストリング1a,1b,1cが接続される系統連系インバータ装置3と、を備える。以下では、複数の太陽電池ストリング1a,1b,1cの総称又は何れか1つを「太陽電池ストリング1」と表記する場合がある。複数の太陽電池ストリング1のそれぞれは、不図示の複数の太陽電池セルが直列に接続された構成の太陽電池電源であり、日射量に応じた直流電力を発生する。
系統連系インバータ装置3は、複数の太陽電池ストリング1a,1b,1cのそれぞれから出力される電力が入力される複数の昇圧コンバータ回路4a,4b,4cと、複数の昇圧コンバータ回路4a,4b,4cのそれぞれから出力される直流電圧を交流電圧へ変換するインバータ回路5と、複数の昇圧コンバータ回路4a,4b,4cのそれぞれを制御する制御器16と、を備える。
制御器16は、複数の昇圧コンバータ回路4a,4b,4cのそれぞれを制御するためのゲートパルス指令Gsa,Gsb,Gscを生成し、複数のゲートパルス発生器18a,18b,18cのそれぞれに対して出力する。以下では、複数の昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの総称又は何れか1つを「昇圧コンバータ回路4」と表記する場合がある。また、複数のゲートパルス発生器18a,18b,18cの総称又は何れか1つを「ゲートパルス発生器18」と表記する場合がある。
系統連系インバータ装置3は、複数の正極入力端子101a,101b,101cと、複数の負極入力端子102a,102b,102cと、系統入出力端子103,104とを備える。
正極入力端子101aには、太陽電池ストリング1aの正極出力端が接続され、負極入力端子102aには、太陽電池ストリング1aの負極出力端が接続される。以下同様に、正極入力端子101b,101cのそれぞれには、太陽電池ストリング1b,1cの正極出力端が接続される。負極入力端子102b,102cのそれぞれには、太陽電池ストリング1b,1cの負極出力端が接続される。
系統入出力端子103,104には、商用電力系統2に繋がる2つの系統接続線41,42がそれぞれ接続される。
また、系統連系インバータ装置3は、複数の平滑用コンデンサ7a,7b,7cと、複数の昇圧コンバータ回路4と、平滑用コンデンサ8と、インバータ回路5と、出力リレー6とを備える。
平滑用コンデンサ7aは、太陽電池ストリング1aから出力されて昇圧コンバータ回路4aに印加される直流電圧を平滑する。平滑用コンデンサ7aの一端は、正極側の直流母線Pを介して、正極入力端子101aと昇圧コンバータ回路4aの正極入力端とに接続される。平滑用コンデンサ7aの他端は、負極側の直流母線Nを介して、負極入力端子102aと昇圧コンバータ回路4aの負極入力端とに接続される。
昇圧コンバータ回路4aは、リアクトル9a、スイッチング素子10a及びダイオード11aを有する。
リアクトル9aの一端は、昇圧コンバータ回路4aの正極入力端である。リアクトル9aの一端は、正極入力端子101aと平滑用コンデンサ7aの一端とに接続される。リアクトル9aの他端は、ダイオード11aのアノードと、スイッチング素子10aのコレクタとに接続される。
ダイオード11aのカソードは、昇圧コンバータ回路4aの正極出力端である。ダイオード11aのカソードは、平滑用コンデンサ8の一端とインバータ回路5の正極入力端とに接続される。
スイッチング素子10aのエミッタは、平滑用コンデンサ7aの他端と平滑用コンデンサ8の他端とに接続される。スイッチング素子10aのゲートには、ゲートパルス発生器18aから出力されるゲートパルス信号18a1が入力される。ゲートパルス信号18a1は、太陽電池ストリング1aから出力された電圧を、インバータ回路5が交流電圧を生成するために必要な電圧に昇圧する信号である。
ゲートパルス発生器18aは、制御器16から出力されるゲートパルス指令Gsaに基づき、ゲートパルス信号18a1をスイッチング素子10aに出力する。ゲートパルス発生器18aにおける動作の詳細は、後述する。
平滑用コンデンサ7bは、太陽電池ストリング1bから出力されて昇圧コンバータ回路4bに印加される直流電圧を平滑する。平滑用コンデンサ7bの一端は、正極側の直流母線Pを介して、正極入力端子101bと昇圧コンバータ回路4bの正極入力端とに接続される。平滑用コンデンサ7bの他端は、負極側の直流母線Nを介して、負極入力端子102bと昇圧コンバータ回路4bの負極入力端とに接続される。
昇圧コンバータ回路4bは、リアクトル9b、スイッチング素子10b及びダイオード11bを有する。
リアクトル9bの一端は、昇圧コンバータ回路4bの正極入力端である。リアクトル9bの一端は、正極入力端子101bと平滑用コンデンサ7bの一端とに接続される。リアクトル9bの他端は、ダイオード11bのアノードと、スイッチング素子10bのコレクタとに接続される。
ダイオード11bのカソードは、昇圧コンバータ回路4bの正極出力端である。ダイオード11bのカソードは、平滑用コンデンサ8の一端とインバータ回路5の正極入力端とに接続される。
スイッチング素子10bのエミッタは、平滑用コンデンサ7bの他端と平滑用コンデンサ8の他端とに接続される。スイッチング素子10bのゲートには、ゲートパルス発生器18bから出力されるゲートパルス信号18b1が入力される。ゲートパルス信号18b1は、太陽電池ストリング1bから出力された電圧を、インバータ回路5が交流電圧を生成するために必要な電圧に昇圧する信号である。
ゲートパルス発生器18bは、制御器16から出力されるゲートパルス指令Gsbに基づき、ゲートパルス信号18b1をスイッチング素子10bに出力する。ゲートパルス発生器18bにおける動作の詳細は、後述する。
平滑用コンデンサ7cは、太陽電池ストリング1cから出力されて昇圧コンバータ回路4cに入力される直流電圧を平滑する。平滑用コンデンサ7cの一端は、正極側の直流母線Pを介して、正極入力端子101cと昇圧コンバータ回路4cの正極入力端とに接続される。平滑用コンデンサ7cの他端は、負極側の直流母線Nを介して、負極入力端子102cと昇圧コンバータ回路4cの負極入力端とに接続される。
昇圧コンバータ回路4cは、リアクトル9c、スイッチング素子10c及びダイオード11cを有する。
リアクトル9cの一端は、昇圧コンバータ回路4cの正極入力端である。リアクトル9cの一端は、正極入力端子101cと平滑用コンデンサ7cの一端とに接続される。リアクトル9cの他端は、ダイオード11cのアノードと、スイッチング素子10cのコレクタとに接続される。
ダイオード11cのカソードは、昇圧コンバータ回路4cの正極出力端である。ダイオード11cのカソードは、平滑用コンデンサ8の一端とインバータ回路5の正極入力端とに接続される。
スイッチング素子10cのエミッタは、平滑用コンデンサ7cの他端と平滑用コンデンサ8の他端とに接続される。スイッチング素子10cのゲートには、ゲートパルス発生器18cから出力されるゲートパルス信号18c1が入力される。ゲートパルス信号18c1は、太陽電池ストリング1cから出力された電圧を、インバータ回路5が交流電圧を生成するために必要な電圧に昇圧する信号である。
ゲートパルス発生器18cは、制御器16から出力されるゲートパルス指令Gscに基づき、ゲートパルス信号18c1をスイッチング素子10cに出力する。ゲートパルス発生器18cにおける動作の詳細は、後述する。
平滑用コンデンサ8の一端は、複数のダイオード11a,11b,11cのそれぞれのカソードと、インバータ回路5の正極入力端とに接続される。平滑用コンデンサ8の他端は、複数のダイオード11a,11b,11cのそれぞれのアノードと、インバータ回路5の負極入力端とに接続される。平滑用コンデンサ8は、複数の昇圧コンバータ回路4のそれぞれから出力されてインバータ回路5に印加される直流電圧を平滑する。
インバータ回路5は、平滑用コンデンサ8に充電された直流電圧を交流電圧に変換する動作を行う。インバータ回路5の交流出力端は、出力リレー6を介して系統入出力端子103,104に接続される。
出力リレー6は、インバータ回路5と、2つの系統入出力端子103,104との間に配置される。出力リレー6は、インバータ回路5と商用電力系統2との接続路を開閉する機能を有する。
系統連系インバータ装置3は、複数の電流検出器12a,12b,12cと、複数の電圧検出器13a,13b,13c,15と、複数の電力演算器14a,14b,14cと、を備える。系統連系インバータ装置3において、電圧検出器13a,13b,13cのそれぞれは第1の電流検出器を構成し、電圧検出器15は第2の電圧検出器を構成する。
負極入力端子102aと昇圧コンバータ回路4aとの間の負極側の直流母線Nには、電流検出素子32aが配置される。電流検出素子32aは、当該位置における電流値を検出する。電流検出素子32aには、カレントトランス又はシャント抵抗が用いられる。
電流検出器12aは、増幅器又はレベルシフト回路で実現される。電流検出器12aは、太陽電池ストリング1aの出力電流すなわち電源電流を検出する。電流検出器12aは、電流検出素子32aで検出された電流に正比例した電圧を、電力演算器14aが取り扱い可能な低圧範囲内の電流検出電圧に変換する。この電流検出電圧は、太陽電池ストリング1aの出力電流の電流値Isaに相当する。電流検出器12aが検出した電流値Isaは、電力演算器14aに出力される。
電圧検出器13aの一端は、正極側の直流母線Pにおいて、正極入力端子101aとリアクトル9aの一端と平滑用コンデンサ7aの一端とに接続される。電圧検出器13aの他端は、負極側の直流母線Nにおいて、負極入力端子102aと平滑用コンデンサ7aの他端とに接続される。
電圧検出器13aは、太陽電池ストリング1aの出力電圧すなわち電源電圧を検出する。電圧検出器13aが検出した電圧値をVsaとする。電圧検出器13aが検出した電圧値Vsaは、制御器16と、電力演算器14aとに出力される。
電力演算器14aは、電流検出器12aから出力された電流値Isa及び電圧検出器13aから出力された電圧値Vsaを受領する。電力演算器14aは、電流値Isa及び電圧値Vsaに基づき、昇圧コンバータ回路4aに入力される電力値Psaを演算する。電力値Psaは、Psa=Isa×Vsaの演算式で演算することができるが、他の方法で演算してもよい。演算された電力値Psaは、制御器16に出力される。
負極入力端子102bと昇圧コンバータ回路4bとの間の負極側の直流母線Nには、電流検出素子32bが配置される。電流検出素子32bは、当該位置における電流値を検出する。電流検出素子32bには、カレントトランス又はシャント抵抗が用いられる。
電流検出器12bは、増幅器またはレベルシフト回路で実現される。電流検出器12bは、太陽電池ストリング1bの出力電流すなわち電源電流を検出する。電流検出器12bは、電流検出素子32bで検出された電流に正比例した電圧を、電力演算器14bが取り扱い可能な低圧範囲内の電流検出電圧に変換する。この電流検出電圧は、太陽電池ストリング1bの出力電流の電流値Isbに相当する。電流検出器12bが検出した電流値Isbは、電力演算器14bに出力される。
電圧検出器13bの一端は、正極側の直流母線Pにおいて、正極入力端子101bとリアクトル9bの一端と平滑用コンデンサ7bの一端とに接続される。電圧検出器13bの他端は、負極側の直流母線Nにおいて、負極入力端子102bと平滑用コンデンサ7bの他端とに接続される。
電圧検出器13bは、太陽電池ストリング1bの出力電圧値すなわち電源電圧を検出する。電圧検出器13bが検出した電圧値をVsbとする。電圧検出器13bが検出した電圧値Vsbは、制御器16と、電力演算器14bとに出力される。
電力演算器14bは、電流検出器12bから出力された電流値Isb及び電圧検出器13bから出力された電圧値Vsbを受領する。電力演算器14bは、電流値Isb及び電圧値Vsbに基づき、昇圧コンバータ回路4bに入力される電力値Psbを演算する。電力値Psbは、Psb=Isb×Vsbの演算式で演算することができるが、他の方法で演算してもよい。演算された電力値Psbは、制御器16に出力される。
負極入力端子102cと昇圧コンバータ回路4cとの間の負極側の直流母線Nには、電流検出素子32cが配置される。電流検出素子32cは、当該位置における電流値を検出する。電流検出素子32cには、カレントトランス又はシャント抵抗が用いられる。
電流検出器12cは、増幅器又はレベルシフト回路で実現される。電流検出器12cは、太陽電池ストリング1cの出力電流すなわち電源電流を検出する。電流検出器12cは、電流検出素子32cで検出された電流に正比例した電圧を、電力演算器14cが取り扱い可能な低圧範囲内の電流検出電圧に変換する。この電流検出電圧は、太陽電池ストリング1cの出力電流の電流値Iscに相当する。電流検出器12cが検出した電流値Iscは、電力演算器14cに出力される。
電圧検出器13cの一端は、正極側の直流母線Pにおいて、正極入力端子101cとリアクトル9cの一端と平滑用コンデンサ7cの一端とに接続される。電圧検出器13cの他端は、負極側の直流母線Nにおいて、負極入力端子102cと平滑用コンデンサ7cの他端とに接続される。
電圧検出器13cは、太陽電池ストリング1cの出力電圧値すなわち電源電圧を検出する。電圧検出器13cが検出した電圧値をVscとする。電圧検出器13cが検出した電圧値Vscは、制御器16と、電力演算器14cとに出力される。
電力演算器14cは、電流検出器12cから出力された電流値Isc及び電圧検出器13cから出力された電圧値Vscを受領する。電力演算器14cは、電流値Isc及び電圧値Vscに基づき、昇圧コンバータ回路4cに入力される電力値Pscを演算する。電力値Pscは、Psc=Isc×Vscの演算式で演算することができるが、他の方法で演算してもよい。演算された電力値Psaは、制御器16に出力される。
電圧検出器15の一端は、商用電力系統2のU側の系統接続線41において、出力リレー6の一端とインバータ回路5の一端とに接続される。電圧検出器15の他端は、商用電力系統のW側の系統接続線42において、出力リレー6の他端とインバータ回路5の他端とに接続される。
電圧検出器15は、商用電力系統2のU側とW側との間の電圧である電圧値Vuwを検出する。電圧値Vuwは、商用電力系統2が系統連系インバータ装置3に印加する系統電圧であり、インバータ回路5の出力電圧である。電圧検出器15が検出した電圧値Vuwは、制御器16に出力される。
制御器16は、昇圧コンバータ回路4を駆動させるために用いられる。具体的には、昇圧コンバータの動作モードを判定し、複数の太陽電池ストリング1の動作点を最大電力点に追従させる最大電力追尾制御であるMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御により決定されたゲートパルス指令を生成する。
なお、図1に示すスイッチング素子10a,10b,10cは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、IGBT以外のトランジスタでもよい。一例としては、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)である。
また、系統連系インバータ装置3では、3つの昇圧コンバータ回路4a,4b,4cが用いられているが、コンバータ回路数は2つ以上であればよい。また、実施の形態1では昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの一例を示すが、コンバータ回路の構成は図示例に限定されず、昇降圧コンバータ回路を含み、直流電圧を所望の直流電圧値に変換する電力変換回路であれば、他の電力変換回路でもよい。
また、図1では3つの太陽電池ストリング1a,1b,1cが系統連系インバータ装置3に接続されているが、太陽電池ストリングの接続数は図示例に限定されるものではなく、2つ以上あればよい。昇圧コンバータ回路4は、太陽電池ストリングに対応して設けられる。
次に、制御器16の構成を具体的に説明する。
図2は、図1に示す制御器16の構成の詳細図である。制御器16は、出力電圧目標値設定器17と、電圧比較器20a,20b,20cと、最大電力点判定器21a,21b,21cと、動作モード判定器22Aと、ゲートパルス指令生成器23a,23b,23cと、を備える。
出力電圧目標値設定器17は、インバータ回路5の入力側電圧の制御目標値を設定する。この制御目標値は、昇圧コンバータ回路4の出力電圧の制御目標値でもある。出力電圧目標値設定器17は、電圧検出器15から出力される電圧値Vuwを入力とし、インバータ回路5の入力側電圧の制御目標値ViiSを出力する。出力電圧目標値設定器17は制御目標値ViiSを、次式のように設定する。
ViiS=√2×Vuw+α …(1)
具体的に、系統電圧が200Vの場合、制御目標値ViiSは、√2×200+35=317.8[V]となる。
上記(1)式における“α”は、ここでは先行事例である特許文献1に記載された、35[V]を採用するが、インバータ回路5が系統電圧を出力するために十分な電圧であれば、この限りではない。
なお、上記の説明では、出力電圧目標値設定器17における出力電圧の目標値は、電圧検出器15にて検出される商用電力系統2のUW間の電圧である電圧値Vuwを用いていたが、これには限定されない。検出値である電圧値Vuwに代えて、任意の固定値を、外部から出力電圧目標値設定器17に直接設定できるようにしてもよい。固定値の具体例は、380[V]である。系統電圧は、電気事業法により202±20[V]の範囲に定められている。この範囲の電圧変動に対して、インバータ回路5の入力電圧が影響を受けないように、上記(1)式による算出値と、必要なマージンとを考慮すると、380[V]が好ましい設定値になる。
上記のように構成することにより、系統電圧の変動時に、インバータ回路5の入力側電圧が昇圧コンバータ回路4の出力電圧目標値より低下することを防止できる。また、インバータ回路5の入力側電圧が昇圧コンバータ回路4の出力電圧目標値より低下することを防止できるので、インバータ回路5の出力電流が歪むことを防止できる。
また、昇圧コンバータ回路4の出力電圧目標値の設定値を系統電圧に対して可変とすることにより、昇圧コンバータ回路4の昇圧比を最適に制御することが可能となり、昇圧コンバータ回路4の変換効率が向上する。一般的に、昇圧コンバータ回路4の昇圧比が大きくなると、変換効率が低下する。よって、昇圧コンバータ回路4の出力電圧目標値を系統電圧に対して可変とすれば、固定値としたときよりも昇圧比を低くすることができるので、変換効率を向上することができる。
電圧比較器20aは、電圧検出器13aから出力された太陽電池ストリング1aの電圧値Vsaと、出力電圧目標値設定器17から出力されたインバータ回路5の制御目標値ViiSとに基づき、動作モード判定器22Aへ昇圧動作停止許可信号Csaを出力する。電圧比較器20aは、太陽電池ストリング1aの電圧値Vsaとインバータ回路5の制御目標値ViiSとを比較し、以下のような昇圧動作停止の許可及び禁止を判定する。
Vsa≧ViiSならば、昇圧動作の停止を許可する。
Vsa<ViiSならば、昇圧動作の停止を禁止する。
なお、上記の比較における等号はどちらに含めてもよい。すなわち、上記とは逆に、Vsa>ViiSならば昇圧動作停止を許可し、Vsa≦ViiSならば、昇圧動作停止を禁止としてもよい。
電圧比較器20bは、電圧検出器13bから出力された太陽電池ストリング1bの電圧値Vsbと、出力電圧目標値設定器17から出力されたインバータ回路5の制御目標値ViiSとに基づき、動作モード判定器22Aへ昇圧動作停止許可信号Csbを出力する。電圧比較器20bは太陽電池ストリング1bの電圧値Vsbとインバータ回路5の制御目標値ViiSとを比較し、以下のような昇圧動作停止の許可及び禁止を判定する。
Vsb≧ViiSならば、昇圧動作の停止を許可する。
Vsb<ViiSならば、昇圧動作の停止を禁止する。
なお、上記の比較における等号はどちらに含めてもよい。すなわち、上記とは逆に、Vsb>ViiSならば昇圧動作停止を許可し、Vsb≦ViiSならば、昇圧動作停止を禁止としてもよい。
電圧比較器20cは電圧検出器13cから出力された太陽電池ストリング1cの電圧値Vscと、出力電圧目標値設定器17から出力されたインバータ回路5の制御目標値ViiSとに基づき、動作モード判定器22Aへ昇圧動作停止許可信号Cscを出力する。電圧比較器20cは太陽電池ストリング1cの電圧値Vscとインバータ回路5の制御目標値ViiSとを比較し、以下のような昇圧動作停止の許可及び禁止を判定する。
Vsc≧ViiSならば、昇圧動作の停止を許可する。
Vsc<ViiSならば、昇圧動作の停止を禁止する。
なお、上記の比較における等号はどちらに含めてもよい。すなわち、上記とは逆に、Vsc>ViiSならば昇圧動作停止を許可し、Vsc≦ViiSならば、昇圧動作停止を禁止としてもよい。
最大電力点判定器21aは、電圧検出器13aから出力された太陽電池ストリング1aの電圧値Vsaと電力演算器14aが演算した電力値Psaとに基づき、太陽電池ストリング1aの動作点が最大電力点か否かを判定する。最大電力点判定器21aは、判定した結果を最大電力点信号Msaとして動作モード判定器22Aへ出力する。ここで、動作点が、最大電力点か否かの判定は次式により行う。
最大電力点の判定式:
−1.0[W/V]≦ΔPsa/ΔVsa≦1.0[W/V] …(2)
上記(2)式において、ΔPsa/ΔVsaは、太陽電池ストリング1aの電圧値Vsaが変化したときに、昇圧コンバータ回路4aに入力される電力値Psaがどの程度変化するかを表す指標である。以下、ΔPsa/ΔVsaを、「電圧変化に対する電力変化の割合」若しくは「電力変化率」と呼ぶ。なお、上記の定義は、太陽電池ストリング1b,1cについても同様に適用する。すなわち、太陽電池ストリング1b,1cにおいて同様に表すことができるΔPsb/ΔVsb,ΔPsc/ΔVscも、「電圧変化に対する電力変化の割合」若しくは「電力変化率」と呼ぶ。
最大電力点判定器21aは、上記(2)式が成立すれば、動作点が最大電力点であると判定し、上記(2)式が成立しなければ、動作点は最大電力点ではないと判定する。
なお、上記の比較における等号は、含めてもよいし、含めなくてもよい。すなわち、次式の何れかの判定式を用いてもよい。
−1.0[W/V]<ΔPsa/ΔVsa≦1.0[W/V]
…(2−1)
−1.0[W/V]≦ΔPsa/ΔVsa<1.0[W/V]
…(2−2)
−1.0[W/V]<ΔPsa/ΔVsa<1.0[W/V]
…(2−3)
太陽電池の特性上、最大電力点はΔPsa/Vsa=0となる。しかしながら、太陽電池ストリング1の動作点が最大電力点より外れても、太陽電池ストリング1の出力電力は大きく低下しない。具体的に、太陽電池ストリング1の動作点が最大電力点から1V外れても1W以下の電力低下である。また、昇圧コンバータ回路4が動作すると電圧変換によるロスが数W発生する。このため、昇圧コンバータ回路4を停止することにより、電圧変換によるロスを低減させることができる。よって、ロスの低減分と最大電力点からの電圧差による電力低下分とを考慮し、上記(2)式に示すような判定範囲としている。なお、昇圧コンバータ回路4及び太陽電池ストリング1の特性により、上記(2)式の範囲は任意に設定可能であり、上記(2)式の範囲に限定されるものではない。後述する(3)式、及び(4)式についても同様である。
最大電力点判定器21bは、電圧検出器13bから出力された太陽電池ストリング1bの電圧値Vsbと電力演算器14bが演算した電力値Psbとに基づき、太陽電池ストリング1bの動作点が最大電力点か否かを判定する。最大電力点判定器21bは、判定した結果を最大電力点信号Msbとして動作モード判定器22Aへ出力する。ここで、動作点が、最大電力点か否かの判定は次式により行う。
最大電力点の判定式:
−1.0[W/V]≦ΔPsb/ΔVsb≦1.0[W/V] …(3)
最大電力点判定器21bは、上記(3)式が成立すれば、動作点が最大電力点であると判定し、上記(3)式が成立しなければ、動作点は最大電力点ではないと判定する。
なお、上記の比較における等号は、含めてもよいし、含めなくてもよい。すなわち、次式の何れかの判定式を用いてもよい。
−1.0[W/V]<ΔPsb/ΔVsb≦1.0[W/V]
…(3−1)
−1.0[W/V]≦ΔPsb/ΔVsb<1.0[W/V]
…(3−2)
−1.0[W/V]<ΔPsb/ΔVsb<1.0[W/V]
…(3−3)
最大電力点判定器21cは、電圧検出器13cから出力された太陽電池ストリング1cの電圧値Vscと電力演算器14cが演算した電力値Pscとに基づき、太陽電池ストリング1bの動作点が最大電力点か否かを判定する。最大電力点判定器21cは、判定した結果を最大電力点信号Mscとして動作モード判定器22Aへ出力する。ここで、動作点が、最大電力点か否かの判定は次式により行う。
最大電力点の判定式:
−1.0[W/V]≦ΔPsc/ΔVsc≦1.0[W/V] …(4)
最大電力点判定器21cは、上記(4)式が成立すれば、動作点が最大電力点であると判定し、上記(4)式が成立しなければ、動作点は最大電力点ではないと判定する。
なお、上記の比較における等号は、含めてもよいし、含めなくてもよい。すなわち、次式の何れかの判定式を用いてもよい。
−1.0[W/V]<ΔPsc/ΔVsc≦1.0[W/V]
…(4−1)
−1.0[W/V]≦ΔPsc/ΔVsc<1.0[W/V]
…(4−2)
−1.0[W/V]<ΔPsc/ΔVsc<1.0[W/V]
…(4−3)
動作モード判定器22Aは、電圧比較器20a,20b,20cのそれぞれから出力された昇圧動作停止許可信号Csa,Csb,Cscと、最大電力点判定器21a,21b,21cのそれぞれから出力された最大電力点信号Msa,Msb,Mscと、に基づき、ゲートパルス指令生成器23a,23b,23cのそれぞれへ動作モード指令Qsa,Qsb,Qscを出力する。
また、動作モード判定器22Aは、電圧比較器20a,20b,20cから出力された昇圧動作停止許可信号Csa,Csb,Cscと、最大電力点判定器21a,21b,21cから出力された最大電力点信号Msa,Msb,Mscと、に基づいて昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードを決定する。
図3は、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作条件と動作モードとの組み合わせを示す図である。なお、図3の表は一例であり、図3の記載に限定されるものではない。一例として、図3では、表の左側から昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの順で記載しているが、昇圧コンバータ回路4b,4a,4cの順であってもよい。
次に、図3を参照して、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードについて説明する。なお、以下では、説明が煩雑になるのを回避するため、昇圧動作停止許可信号の符号表記を省略する。また、複数の昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの総称又は何れか1つを「昇圧コンバータ回路4」と表記し、複数の電圧比較器20a,20b,20cの総称又は何れか1つを「電圧比較器20」と表記する。
電圧比較器20a,20b,20cから出力される昇圧動作停止許可信号が禁止の場合、禁止の昇圧動作停止許可信号を出力する電圧比較器20が接続される昇圧コンバータ回路4の動作モードが昇圧動作モードとなる。具体的に、図3の表におけるケース1の場合、電圧比較器20bから出力される昇圧動作停止許可信号が禁止であり、昇圧コンバータ回路4bは、昇圧動作モードとなる。
また、電圧比較器20a,20b,20cから出力される昇圧動作停止許可信号のうち1つが許可、他の2つが禁止の場合、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードとなり、他の2つの昇圧コンバータ回路4の動作モードは昇圧動作モードとなる。具体的に、図3の表におけるケース2の場合、電圧比較器20cから出力される昇圧動作停止許可信号が許可、電圧比較器20a,20bから出力される出力される昇圧動作停止許可信号が禁止であり、昇圧コンバータ回路4cがバイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4a,4bが昇圧動作モードとなる。
また、電圧比較器20a,20b,20cから出力される昇圧動作停止許可信号のうち2つが許可、他の1つが禁止の場合、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4の動作モードは、下記のように説明できる。なお、表中において、最大電力点信号が最大電力点である旨を表す信号の場合を「最大点」と表記し、最大電力点信号が最大電力点ではない旨を表す信号の場合を「最大点以外」と表記する。また、表中における「最大点/最大点以外」の表記は、最大電力点信号が最大電力点である旨を表す信号であっても、最大電力点ではない旨を表す信号であってもよいこと、すなわち最大電力点信号が任意でよいことを意味している。以下、図3の表記に従って説明する。
許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4に接続される太陽電池ストリング1の動作点のうち、一方の動作点が最大電力点である昇圧コンバータ回路4の動作モードはバイパス動作モードとなる。動作点が最大電力点でない昇圧コンバータ回路4の動作モードは昇圧動作モードとなる。具体的に、図3の表におけるケース4の場合、電圧比較器20b,20cから出力される昇圧動作停止許可信号が許可、電圧比較器20aから出力される昇圧動作停止許可信号が禁止、最大電力点判定器21bから出力される最大電力点信号が最大点、最大電力点判定器21cから出力される最大電力点信号が最大点以外であり、昇圧コンバータ回路4bがバイパス動作モード、昇圧コンバータ回路4a,4cが昇圧動作モードとなる。
なお、図3の表におけるケース3の場合、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4b,4cのそれぞれに接続される太陽電池ストリング1b,1cの動作点は、両方が最大点である。このとき、当該昇圧コンバータ回路4b,4cの動作モードはバイパス動作モードとなっているが、これを以下の通り修正してもよい。具体的には、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4のうち、電圧検出器13から出力されるVsが大きい昇圧コンバータ回路4の動作モードをバイパス動作モードとし、Vsが小さい昇圧コンバータ回路4の動作モードを昇圧動作モードとする。
昇圧コンバータ回路4の動作モードをバイパス動作モードとすると、インバータ回路5の入力側電圧がバイパス動作モードで動作する昇圧コンバータ回路4に接続される太陽電池ストリング1の出力電圧となる。このとき、太陽電池ストリング1の電圧Vsが小さい昇圧コンバータ回路4をバイパス動作モードとすると、電圧Vsが高い昇圧コンバータ回路4は昇圧コンバータ回路4への入力より出力つまり、インバータ回路5の入力側電圧が低くなり、昇圧動作不要となり、電力点を変化させることができない。一方、電圧Vsが大きい昇圧コンバータ回路4をバイパス動作モードとすると、電圧Vsが低い昇圧コンバータ回路4は昇圧コンバータ回路4への入力より出力つまり、インバータ回路5の入力側電圧が大きくなる。よって、昇圧コンバータ回路4による昇圧動作が必要となり、動作点を変化させることができる。このため、太陽電池ストリング1の電圧Vsが大きい昇圧コンバータ回路4の動作モードをバイパス動作モードとする。以下、具体例で説明する。
図3のケース3を想定する。この場合、電圧比較器20aから出力される昇圧動作停止許可信号は禁止、電圧比較器20b,20cのそれぞれから出力される昇圧動作停止許可信号は許可である。また、最大電力点判定器21b,21cのそれぞれから出力される最大電力点信号は最大点である。ここで、電圧検出器13bから出力される太陽電池ストリング1bの電圧Vsbが350V、電圧検出器13cから出力される太陽電池ストリング1cの電圧Vscが330Vであるとする。この場合、Vsb>Vscとなるため、昇圧コンバータ回路4bの動作モードは、バイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4cの動作モードは、昇圧動作モードとなる。
また、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4に接続される太陽電池ストリング1の動作点のうち、両方が最大点以外である場合も、電圧検出器13から出力されるVsが大きい昇圧コンバータ回路の動作モードをバイパス動作モードとし、Vsが小さい昇圧コンバータ回路の動作モードを昇圧動作モードとする。以下、具体例で説明する。
図3のケース5−1を想定する。この場合、電圧比較器20aから出力される昇圧動作停止許可信号は禁止、電圧比較器20b,20cのそれぞれから出力される昇圧動作停止許可信号は許可である。また、最大電力点判定器21b,21cのそれぞれから出力される最大電力点信号は最大点以外である。ここで、電圧検出器13bから出力される太陽電池ストリング1bの電圧Vsbが350V、電圧検出器13cから出力される太陽電池ストリング1cの電圧Vscが330Vであるとする。この場合、Vsb>Vscとなるため、昇圧コンバータ回路4bの動作モードは、バイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4cの動作モードは、昇圧動作モードとなる。
また、電圧比較器20a,20b,20cから出力される全ての昇圧動作停止許可信号が許可の場合、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4の動作モードは以下の通りとする。
まず、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路4に接続される太陽電池ストリング1の動作点のうち、最大点である場合と最大点ではない場合とを含む場合、動作点が最大点である昇圧コンバータ回路4の動作モードは、バイパス動作モードとなる。一方、動作点が最大点でない昇圧コンバータ回路4の動作モードは、昇圧モードとなる。以下、具体例で説明する。
図3のケース6を想定する。この場合、電圧比較器20a,20b,20cのそれぞれから出力される昇圧動作停止許可信号は許可である。また、最大電力点判定器21a,21b,21cから出力される最大電力点信号は、最大点である。このとき、昇圧コンバータ回路4a,4b,4c、すなわち全ての昇圧コンバータ回路4は、バイパス動作モードとなる。
他のケースとして、図3のケース7を想定する。この場合、電圧比較器20a,20b,20cのそれぞれから出力される昇圧動作停止許可信号は許可である。また、最大電力点判定器21a,21bから出力される最大電力点信号は、最大点であり、最大電力点判定器21cから出力される最大電力点信号は、最大点以外である。このとき、昇圧コンバータ回路4a,4bは、バイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4cは、昇圧動作モードとなる。
次に、許可の昇圧動作停止許可信号により動作する昇圧コンバータ回路に接続される太陽電池ストリング1の動作点のうち、全てが最大点以外である場合、電圧検出器13から出力されるVsが一番大きい昇圧コンバータ回路の動作モードをバイパス動作モードとし、Vsが小さい他の昇圧コンバータ回路の動作モードを昇圧動作モードとする。以下、具体例で説明する。
図3のケース9−1を想定する。この場合、電圧比較器20a,20b,20cから出力される昇圧動作停止許可信号が許可である。また、最大電力点判定器21a,21b,21cから出力される最大電力点信号は、最大点以外である。ここで、電圧検出器13aから出力される太陽電池ストリング1aの電圧Vsaが350V、電圧検出器13bから出力される太陽電池ストリング1bの電圧Vsbが340V、電圧検出器13cから出力される太陽電池ストリング1cの電圧Vscが330Vとする。この場合、Vsa>Vsb>Vscとなるため、昇圧コンバータ回路4aの動作モードは、バイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4b,4cの動作モードは、昇圧動作モードとなる。
次に、ゲートパルス指令生成器23について説明する。
ゲートパルス指令生成器23aは、動作モード判定器22Aから出力された動作モード指令Qsaを受領する。ゲートパルス指令生成器23aは、受領した動作モード指令Qsaに基づき、ゲートパルス発生器18aへ昇圧コンバータ回路4aを動作させるためのゲートパルス指令Gsaを出力する。ゲートパルス指令生成器23aは、受領した動作モード指令Qsaに含まれる動作モードが昇圧動作モードの場合、昇圧コンバータ回路4aに接続される太陽電池ストリング1aの動作点が最大電力点となるようなゲートパルス指令Gsaをゲートパルス発生器18aに出力する。
また、ゲートパルス指令生成器23aは、受領した動作モード指令Qsaに含まれる動作モードがバイパス動作モードの場合、昇圧コンバータ回路4aの動作が停止となるようなゲートパルス指令Gsaをゲートパルス発生器18aに出力する。
ゲートパルス指令生成器23bは、動作モード判定器22Aから出力された動作モード指令Qsbを受領する。ゲートパルス指令生成器23bは、受領した動作モード指令Qsbに基づき、ゲートパルス発生器18bへ昇圧コンバータ回路4bを動作させるためのゲートパルス指令Gsbを出力する。ゲートパルス指令生成器23bは、受領した動作モード指令Qsbに含まれる動作モードが昇圧動作モードの場合、昇圧コンバータ回路4bに接続される太陽電池ストリング1bの動作点が最大電力点となるようなゲートパルス指令Gsbをゲートパルス発生器18bに出力する。
また、ゲートパルス指令生成器23bは、受領した動作モード指令Qsbに含まれる動作モードがバイパス動作モードの場合、昇圧コンバータ回路4bの動作が停止となるようなゲートパルス指令Gsbをゲートパルス発生器18bに出力する。
ゲートパルス指令生成器23cは、動作モード判定器22Aから出力された動作モード指令Qscを受領する。ゲートパルス指令生成器23cは、受領した動作モード指令Qscに基づき、ゲートパルス発生器18cへ昇圧コンバータ回路4cを動作させるためのゲートパルス指令Gscを出力する。ゲートパルス指令生成器23cは、受領した動作モード指令Qscに含まれる動作モードが昇圧動作モードの場合、昇圧コンバータ回路4cに接続される太陽電池ストリング1cの動作点が最大電力点となるようなゲートパルス指令Gscをゲートパルス発生器18cに出力する。
また、ゲートパルス指令生成器23cは、受領した動作モード指令Qscに含まれる動作モードがバイパス動作モードの場合、昇圧コンバータ回路4cの動作が停止となるようなゲートパルス指令Gscをゲートパルス発生器18cに出力する。
上述した動作を、図4を用いて説明する。図4は、実施の形態1における系統連系インバータ装置3の制御器16の動作説明に供するフローチャートである。
(S201)
太陽電池ストリング1のそれぞれの出力電圧の電圧値Vsa,Vsb,Vsc、及び太陽電池ストリング1のそれぞれの出力電力の電力値Psa,Psb,Pscが測定される。
(S202)
商用電力系統2のU,W間の電圧である電圧値Vuwが測定される。
(S203)
S202で測定された電圧値Vuwにより、出力電圧目標値設定器17において、インバータ回路5の制御目標値ViiSが設定される。このとき、ViiSは、上記(1)式で演算される。
(S204)
電圧比較器20aにおいて、電圧検出器13aにより検出された電圧値Vsaと出力電圧目標値設定器17により設定された制御目標値ViiSとが比較される。
(S205)
S204の比較結果において、Vsa≧ViiSの場合(S204,Yes)、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止が許可される。一方、Vsa<ViiSの場合(S204,No)、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止が禁止される。
(S206)
電圧比較器20bにおいて、電圧検出器13bにより検出された電圧値Vsbと出力電圧目標値設定器17により設定された制御目標値ViiSとが比較される。
(S207)
S206の比較結果において、Vsb≧ViiSの場合(S206,Yes)、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止が許可される。一方、Vsb<ViiSの場合(S206,No)、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止が禁止される。
(S208)
電圧比較器20cにおいて、電圧検出器13cにより検出された電圧値Vscと出力電圧目標値設定器17により設定された制御目標値ViiSとが比較される。
(S209)
S208の比較結果において、Vsc≧ViiSの場合(S208,Yes)、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止が許可される。一方、Vsc<ViiSの場合(S208,No)、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止が禁止される。
(S210)
電圧検出器13aが検出した電圧値Vsaと、電力演算器14aが演算した電力値Psaとに基づき、太陽電池ストリング1aの動作点が最大電力点で動作しているか否かが判定される。
(S211)
S210において、−1.0[W/V]≦ΔPsa/ΔVsa≦1.0[W/V]が成立する場合(S210,Yes)、太陽電池ストリング1aは最大電力点で動作していると判定する。一方、上記範囲外の場合(S210,No)、太陽電池ストリング1aの動作点は最大電力点以外と判定する。
(S212)
電圧検出器13bが検出した電圧値Vsbと、電力演算器14bが演算した電力値Psbとに基づき、太陽電池ストリング1bの動作点が最大電力点で動作しているか否かを判定する。
(S213)
S212において、−1.0[W/V]≦ΔPsb/ΔVsb≦1.0[W/V]が成立する場合(S212,Yes)、太陽電池ストリング1bは最大電力点で動作していると判定する。一方、上記範囲外の場合(S212,No)、太陽電池ストリング1bの動作点は最大電力点以外と判定する。
(S214)
電圧検出器13cが検出した電圧値Vscと、電力演算器14cが演算した電力値Pscとに基づき、太陽電池ストリング1cの動作点が最大電力点で動作しているか否かを判定する。
(S215)
S214において、−1.0[W/V]≦ΔPsc/ΔVsc≦1.0[W/V]が成立する場合(S214,Yes)、太陽電池ストリング1cは最大電力点で動作していると判定する。一方、上記範囲外の場合(S214,No)、太陽電池ストリング1cの動作点は最大電力点以外と判定する。
(S216)
昇圧コンバータ回路4a,4b,4cのうち、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数あるか否かを判定する。
(S217)
昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数ではない(すなわち単数である)場合(S216,No)、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードに設定される。なお、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数ではない場合とは、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が単数である場合と、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数がゼロである場合すなわち全ての昇圧コンバータ回路4における昇圧動作の停止が禁止された場合と、を含む。従って、全ての昇圧コンバータ回路4における昇圧動作の停止が禁止された場合には、全ての昇圧コンバータ回路4の動作モードが昇圧動作モードとなる。または、1つの昇圧コンバータ回路4の昇圧動作の停止が許可された場合、許可された昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードとなり、残りの昇圧コンバータ回路4の動作モードは昇圧動作モードとなる。
(S218)
一方、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数である場合(S216,Yes)、さらに全ての太陽電池ストリング1の動作点が最大電力点以外であるか否かを判定する。
(S219)
全ての太陽電池ストリング1の動作点が最大電力点以外である場合(S218,Yes)、太陽電池ストリング1のうちで最大電圧となる太陽電池ストリング1が接続される昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードとなる。なお、このとき、他の昇圧コンバータ回路4の動作モードが昇圧動作モードとなることは言うまでもない。
(S220)
また、少なくとも1つの太陽電池ストリング1の動作点が最大電力点である場合(S218,No)、最大電力点で動作している太陽電池ストリング1が接続される昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードとなる。なお、このとき、他の昇圧コンバータ回路4の動作モードが昇圧動作モードとなることは言うまでもない。
実施の形態1に係る系統連系インバータ装置3の動作の更なる理解のため、図4のフローチャートに従い、具体的な数値を用いて説明する。
なお、S201で測定される電圧値Vsa,Vsb,Vsc及び電力値Psa,Psb,Pscは、以下の値とする。
Vsa=330[V]
Vsb=320[V]
Vsc=280[V]
Psa=1000[W]
Psb=900[W]
Psc=800[W]
また、S202で測定される電圧値Vuwは、以下の値とする。
Vuw=200[V]
また、S210,S212,S214で用いられるΔPsa/ΔVsa、ΔPsb/ΔVsb、及びΔPsc/ΔVscは、以下の値を使用する。
ΔPsa/ΔVsa=0.9[W/V]
ΔPsb/ΔVsb=1.2[W/V]
ΔPsc/ΔVsc=0.5[W/V]
(S203)
S202で測定された電圧値Vuwにより、出力電圧目標値設定器17において、インバータ回路5の制御目標値ViiSが、以下の通り設定される。
ViiS=√2×200+35=317.8[V]
(S204)〜(S205)
Vsa(330[V])≧ViiS(317.8[V])が成立し、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止は許可される。
(S206)〜(S207)
Vsb(320[V])≧ViiS(317.8[V])が成立し、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止は許可される。
(S208)〜(S209)
Vsc(280V)<ViiS(317.8V)が成立し、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止は禁止される。
(S210)〜(S211)
ΔPsa/ΔVsa=0.9[W/V]であり、−1.0[W/V]≦ΔPsa/ΔVsa≦1.0[W/V]が成立するので、太陽電池ストリング1aは最大電力点で動作していると判定される。
(S212)〜(S213)
ΔPsb/ΔVsb=1.2[W/V]であり、−1.0[W/V]≦ΔPsb/ΔVsa≦1.0[W/V]が成立しないので、太陽電池ストリング1bは最大電力点以外で動作していると判定される。
(S214)〜(S215)
ΔPsc/ΔVsc=0.5[W/V]であり、−1.0[W/V]≦ΔPsc/ΔVsc≦1.0[W/V]が成立するので、太陽電池ストリング1cは最大電力点で動作していると判定される。
(S216)〜(S220)
昇圧コンバータ回路4aは昇圧動作の停止が許可され、太陽電池ストリング1aは最大電力点で動作している。昇圧コンバータ回路4bは昇圧動作の停止が許可され、太陽電池ストリング1bは最大電力点以外で動作している。昇圧コンバータ回路4cは昇圧動作の停止が禁止され、太陽電池ストリング1cは最大電力点で動作している。ここで、昇圧コンバータ回路4a,4bは、昇圧動作の停止が許可されており、太陽電池ストリング1aの動作点が最大電力点であるため、昇圧コンバータ回路4aの動作モードはバイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4b,4cの動作モードは昇圧動作モードとなる。
以上説明したように、実施の形態1に係る系統連系インバータ装置3は、制御器16により、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードを決定し、動作モードに応じたゲートパルスを出力する構成である。このような構成により、複数の昇圧コンバータ回路4の動作モードをバイパス動作モードとすることができ、昇圧コンバータ回路4の変換効率を向上させることができる。
複数の太陽電池ストリングが系統連系インバータ装置に接続される場合、接続枚数が同一であっても、設置環境に起因して電圧差が発生する。このため、従来の系統連系インバータ装置では、複数の昇圧コンバータ回路をバイパス動作モードで動作できず、昇圧コンバータ回路の変換効率が低下するという課題があった。
これに対し、実施の形態1に係る系統連系インバータ装置3によれば、複数の太陽電池ストリングの設置環境が異なっても、複数の昇圧コンバータ回路をバイパス動作モードで動作させることができるので、昇圧コンバータ回路の変換効率を向上させることができる。
実施の形態2.
次に、実施の形態2に係る系統連系インバータ装置について説明する。実施の形態2に係る系統連系インバータ装置と、実施の形態1に係る系統連系インバータ装置とでは、制御器16における動作が異なる。よって、以下では、実施の形態1と異なる制御器16の動作を中心に説明する。なお、実施の形態2に係る系統連系インバータ装置3の構成は、実施の形態1に係る系統連系インバータ装置3と同一又は同等であるため、ここでの説明を省略する。
図5は、実施の形態2における制御器16の構成の詳細図である。制御器16は、出力電圧目標値設定器17と、電圧比較器30と、電力変化検出器31a,31b,31cと、動作モード判定器22Bと、ゲートパルス指令生成器23a,23b,23cと、を備える。出力電圧目標値設定器17及びゲートパルス指令生成器23a,23b,23cは、実施の形態1と同様であるため、ここでの説明は省略する。
電圧比較器30は、電圧検出器13a,13b,13cから出力された太陽電池ストリング1a,1b,1cのそれぞれの電圧値Vsa,Vsb,Vscと、出力電圧目標値設定器17から出力されたインバータ回路5の制御目標値ViiSと、に基づき、動作モード判定器22Bへ昇圧動作停止許可信号Csを出力する。電圧比較器30は、太陽電池ストリング1a,1b,1cのそれぞれの電圧値Vsa,Vsb,Vscとインバータ回路5の制御目標値ViiSとを比較し、以下のような昇圧動作停止の許可及び禁止を判定する。
Vsa≧ViiSならば、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止を許可する。
Vsa<ViiSならば、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止を禁止する。
Vsb≧ViiSならば、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止を許可する。
Vsb<ViiSならば、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止を禁止する。
Vsc≧ViiSならば、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止を許可する。
Vsc<ViiSならば、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止を禁止する。
電圧比較器30は、さらに、太陽電池ストリング1a,1b,1cの電圧値Vsa,Vsb,Vscのうちで、最も大きい電圧を検出し、それをVsmaxとする。昇圧コンバータ回路4のうち、VsmaxであるVsが入力される昇圧コンバータ回路4については、昇圧動作の停止を許可とする。その他の昇圧コンバータ回路4については、当該昇圧コンバータ回路4に入力されるVsとVsmaxとの差が1[V]以内であれば、当該昇圧コンバータ回路4の昇圧動作の停止を許可とする。一方、VsとVsmaxとの差が1[V]より大きければ、昇圧コンバータ回路4の昇圧動作の停止を禁止とする。このようにして、電圧比較器30は、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cそれぞれの昇圧動作の停止の許可又は禁止を判定し、それらの情報を含む昇圧動作停止許可信号Csを動作モード判定器22Bに出力する。
なお、上述の例では、VsmaxとVsとの差の判定値を、1[V]として説明したがこの数値には限定されない。当該判定値は、昇圧コンバータ回路4を停止することによる電圧変換ロスの低減分と、最大電力点からの電圧差による電力低下分とを比較することで求めることができる。肝要な点は、最大電力点からの電圧差による電力低下分の方が、昇圧コンバータ回路4を停止することによる電圧変換ロスの低減分よりも小さくできる電圧差であればよい。
電力変化検出器31aは、電圧検出器13aから出力された太陽電池ストリング1aの電圧値Vsaと電力演算器14aが演算した電力値Psaとに基づき、太陽電池ストリング1aの動作点における電力変化率R_Psaを演算して動作モード判定器22Bへ出力する。電力変化率R_Psaは、実施の形態1でも説明したΔPsa/ΔVsaを用いることができる。
電力変化検出器31bは、電圧検出器13bから出力された太陽電池ストリング1bの電圧値Vsbと電力演算器14bが演算した電力値Psbとに基づき、太陽電池ストリング1bの動作点における電力変化率R_Psbを演算して動作モード判定器22Bへ出力する。電力変化率R_Psbは、実施の形態1でも説明したΔPsb/ΔVsbを用いることができる。
電力変化検出器31cは、電圧検出器13cから出力された太陽電池ストリング1cの電圧値Vscと電力演算器14cが演算した電力値Pscとに基づき、太陽電池ストリング1cの動作点における電力変化率R_Pscを演算して動作モード判定器22Bへ出力する。電力変化率R_Pscは、実施の形態1でも説明したΔPsc/ΔVscを用いることができる。
動作モード判定器22Bは、電圧比較器30から出力された昇圧動作停止許可信号Csと、電力変化検出器31a,31b,31cから出力された電力変化率R_Psa,R_Psb,R_Pscと、に基づき、ゲートパルス指令生成器23a,23b,23cのそれぞれへ動作モード指令Qsa,Qsb,Qscを出力する。
また、動作モード判定器22Bは、電圧比較器30から出力された昇圧動作停止許可信号Csと、電力変化検出器31a,31b,31cから出力された電力変化率R_Psa,R_Psb,R_Pscと、に基づいて昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードを決定する。
次に、図6及び図7を参照して、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードについて説明する。図6は、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cにおける動作条件と動作モードとの組み合わせを示す図である。図7は、太陽電池ストリングの特性と電力変化率との関係を示す図である。
なお、図6の表は一例であり、図6の記載に限定されるものではない。一例として、図6では、表の左側から昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの順で記載しているが、昇圧コンバータ回路4b,4a,4cの順であってもよい。また、以下では、説明が煩雑になるのを回避するため、昇圧動作停止許可信号及び電力変化率の符号表記を適宜省略する。また、複数の昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの総称又は何れか1つを「昇圧コンバータ回路4」と表記し、複数の電力変化検出器31a,31b,31cの総称又は何れか1つを「電力変化検出器31」と表記する。
まず、昇圧コンバータ回路4cに関する昇圧動作停止許可信号が許可であり、昇圧コンバータ回路4a,4bのそれぞれに関する昇圧動作停止許可信号が禁止の場合、昇圧コンバータ回路4cの動作モードはバイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4a,4bの動作モードは昇圧動作モードとなる。具体的に、図6の表におけるケース2の場合、電圧比較器30から出力される昇圧動作停止許可信号が、昇圧コンバータ回路4a,4bに関しては禁止であり、昇圧コンバータ回路4cに関しては許可であり、昇圧コンバータ回路4a,4bは昇圧動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4cはバイパス動作モードとなる。
また、昇圧動作停止許可信号が許可である昇圧コンバータ回路4が2つある場合、電力変化検出器31a,31b,31cにより検出された電力変化率により動作モードが決定される。このとき、昇圧動作停止許可信号が許可である昇圧コンバータ回路4の電力変化率の極性を比較する。2つの電力変化率が共に正又は負である場合、すなわち2つの電力変化率が同極性の場合、2つの昇圧コンバータ回路4の動作モードをバイパス動作モードとする。一方、2つの電力変化率が正および負といった異極性の場合、電力変化率が負である昇圧コンバータ回路の動作モードをバイパス動作モードとし、電力変化率が正である昇圧コンバータ回路の動作モードを昇圧動作モードとする。この理由について、図7を用いて説明する。
まず、太陽電池ストリングの特性カーブK1を参照する。特性カーブK1上には現在の動作点が示されている。この動作点では、電力変化率が正である。電力変化率が正である場合、図示の波形から明らかなように、最大電力点は、現在の動作点より高電圧側にある。次に、他の太陽電池ストリングの特性カーブK2を参照する。特性カーブK2における現在の動作点では、電力変化率が負である。電力変化率が負である場合、図示の波形から明らかなように、最大電力点は、現在の動作点よりも低電圧側にある。双方の昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードである場合、動作点を独立して変化させることができない。このため、一方を昇圧動作モード、もう一方をバイパス動作モードとすることで最大電力点を追従できるようにする。このとき、実施の形態1と同様の理由で、最大電力点の電圧が大きい太陽電池ストリング1に接続されている昇圧コンバータ回路4をバイパス動作モードとし、最大電力点の電圧が小さい太陽電池ストリング1に接続されている昇圧コンバータ回路4の動作モードを昇圧動作モードとする。この考え方を実施の形態2に適用すれば、上記の通り、電力変化率が正である太陽電池ストリング1に接続されている昇圧コンバータ回路4をバイパス動作モードとし、電力変化率が負である太陽電池ストリング1に接続されている昇圧コンバータ回路4の動作モードを昇圧動作モードとする。このようにすることで、双方の太陽電池ストリング1の最大電力点を追従することが可能となる。
図6に戻り、表のケース3〜5を参照して説明する。ケース3〜5の場合、昇圧コンバータ回路4b,4cに関する昇圧動作停止許可信号は許可であり、昇圧コンバータ回路4aに関する昇圧動作停止許可信号は禁止である。ケース3の場合、昇圧コンバータ回路4b,4cのそれぞれに関する電力変化率は共に正であり、同極性である。このため、昇圧コンバータ回路4b,4cの動作モードはバイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4aの動作モードは昇圧動作モードとなる。
また、ケース4の場合、昇圧コンバータ回路4bに関する電力変化率は正、昇圧コンバータ回路4cに関する電力変化率は負であり、異極性である。このため、電力変化率が正である太陽電池ストリング1に接続される昇圧コンバータ回路4bの動作モードはバイパス動作モードとなり、電力変化率が負である太陽電池ストリング1に接続される昇圧コンバータ回路4cの動作モードは昇圧動作モードとなる。
また、ケース5は、ケース4の逆である。ケース5の場合、昇圧コンバータ回路4bに関する電力変化率は負、昇圧コンバータ回路4cに関する電力変化率は正であり、異極性である。このため、電力変化率が負である太陽電池ストリング1に接続される昇圧コンバータ回路4bの動作モードは昇圧動作モードとなり、電力変化率が正である太陽電池ストリング1に接続される昇圧コンバータ回路4cの動作モードはバイパス動作モードとなる。
また、昇圧動作停止許可信号が許可である昇圧コンバータ回路4が3つの場合についても、2つの場合と同様に動作モードを決定することができる。以下、具体的に説明する。
まず、図6のケース6からケース13を想定する。これらのケースの場合、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cに関する昇圧動作停止許可信号は全て許可である。
ケース6の場合、電力変化率R_Psaが正、電力変化率R_Psbが正、電力変化率R_Pscが正であるため、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードは、全てがバイパス動作モードとなる。
ケース7の場合、電力変化率R_Psaが正、電力変化率R_Psbが正、電力変化率R_Pscが負であるため、昇圧コンバータ回路4a,4bの動作モードはバイパス動作モード、昇圧コンバータ回路4cの動作モードは昇圧動作モードとなる。
ケース8の場合、電力変化率R_Psaが正、電力変化率R_Psbが負、電力変化率R_Pscが正であるため、昇圧コンバータ回路4a,4cの動作モードはバイパス動作モード、昇圧コンバータ回路4bの動作モードは昇圧動作モードとなる。
ケース9の場合、電力変化率R_Psaが正、電力変化率R_Psbが負、電力変化率R_Pscが負であるため、昇圧コンバータ回路4aの動作モードはバイパス動作モード、昇圧コンバータ回路4b,4cの動作モードは昇圧動作モードとなる。
ケース10の場合、電力変化率R_Psaが負、電力変化率R_Psbが正、電力変化率R_Pscが正であるため、昇圧コンバータ回路4b,4cの動作モードはバイパス動作モード、昇圧コンバータ回路4aの動作モードは昇圧動作モードとなる。
ケース11の場合、電力変化率R_Psaが負、電力変化率R_Psbが正、電力変化率R_Pscが負であるため、昇圧コンバータ回路4bの動作モードはバイパス動作モード、昇圧コンバータ回路4a,4cの動作モードは昇圧動作モードとなる。
ケース12の場合、電力変化率R_Psaが負、R電力変化率_Psbが負、電力変化率R_Pscが正であるため、昇圧コンバータ回路4cの動作モードはバイパス動作モード、昇圧コンバータ回路4a,4bの動作モードは昇圧動作モードとなる。
ケース13の場合、電力変化率R_Psaが負、電力変化率R_Psbが負、電力変化率R_Pscが負であるため、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードはバイパス動作モードとなる。
上述した動作を、図8を用いて説明する。図8は、実施の形態2における系統連系インバータ装置3の制御器16の動作説明に供するフローチャートである。
(S301)
太陽電池ストリング1のそれぞれの出力電圧の電圧値Vsa,Vsb,Vsc、及び太陽電池ストリング1のそれぞれの出力電力の電力値Psa,Psb,Pscが測定される。
(S302)
商用電力系統2のU,W間の電圧である電圧値Vuwが測定される。
(S303)
S302で測定された電圧値Vuwにより、出力電圧目標値設定器17において、インバータ回路5の制御目標値ViiSが設定される。このとき、ViiSは、上記(1)式で演算される。
(S304)
電圧比較器30において、電圧検出器13a,13b,13cにより検出された電圧値Vsa,Vsb,Vscのうちで一番大きい電圧値Vsmaxを検出する。
(S305)
電圧比較器30において、電圧検出器13aにより検出された電圧値Vsaと出力電圧目標値設定器17により設定された制御目標値ViiSとが比較される。また、電圧比較器30において、S304で検出された電圧値Vsmaxと電圧検出器13aにより検出された電圧値Vsaとが比較される。
(S306)
S305の比較結果において、Vsa≧ViiS、且つ|Vsmax−Vsa|≦1[V]の場合(S305、Yes)、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止が許可される。一方、Vsa<ViiS、又は|Vsmax−Vsa|>1[V]の場合(S305、No)、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止が禁止される。
(S307)
電圧比較器30において、電圧検出器13bにより検出された電圧値Vsbと出力電圧目標値設定器17により設定された制御目標値ViiSとが比較される。また、電圧比較器30において、S304で検出された電圧値Vsmaxと電圧検出器13bにより検出された電圧値Vsbとが比較される。
(S308)
S307の比較結果において、Vsb≧ViiS、且つ|Vsmax−Vsb|≦1[V]の場合(S307、Yes)、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止が許可される。一方、Vsb<ViiS、又は|Vsmax−Vsb|>1[V]の場合(S307、No)、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止が禁止される。
(S309)
電圧比較器30において、電圧検出器13cにより検出された電圧値Vscと出力電圧目標値設定器17により設定された制御目標値ViiSとが比較される。また、電圧比較器30において、S304で検出された電圧値Vsmaxと電圧検出器13cにより検出された電圧値Vscとが比較される。
(S310)
S309の比較結果において、Vsc≧ViiS、且つ|Vsmax−Vsc|≦1[V]の場合(S309、Yes)、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止が許可される。一方、Vsc<ViiS、又は|Vsmax−Vsc|>1[V]の場合(S309、No)、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止が禁止される。
(S311)
電力変化検出器31a,31b,31cにおいて、電圧検出器13aが検出した電圧値Vsaと、電力演算器14aが演算した電力値Psaとに基づき、電力変化率R_Psa,R_Psb,R_Pscが演算される。なお、電力変化率R_Psa,R_Psb,R_Pscのそれぞれは、R_Psa=ΔPsa/ΔVsa、R_Psb=ΔPsb/ΔVsb、及びR_Psc=ΔPsc/ΔVscの算出式から求めることができる。
(S312)
昇圧コンバータ回路4a,4b,4cのうち、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数あるか否かを判定する。
(S313)
昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数ではない場合(S312,No)、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードに設定される。なお、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数ではない場合とは、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が単数である場合と、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数がゼロである場合すなわち全ての昇圧コンバータ回路4における昇圧動作の停止が禁止された場合と、を含む。従って、全ての昇圧コンバータ回路4における昇圧動作の停止が禁止された場合には、全ての昇圧コンバータ回路4の動作モードが昇圧動作モードとなる。または、1つの昇圧コンバータ回路4の昇圧動作の停止が許可された場合、許可された昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードとなり、残りの昇圧コンバータ回路4の動作モードは昇圧動作モードとなる。
(S314)
一方、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の数が複数である場合(S312,Yes)、さらに電力変化率の極性が全て正であるか、負であるかが判定される。
(S315)
昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4に接続される太陽電池ストリング1における電力変化率の極性が全て正であるか、又は、負であるかの場合(S314,Yes)、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードとなる。
(S316)
また、昇圧動作の停止が許可された昇圧コンバータ回路4に接続される太陽電池ストリング1における電力変化率の極性が全て正ではなく、且つ、全て負ではない場合(S314,No)、電力変化率の極性が正である太陽電池ストリング1に接続されている昇圧コンバータ回路4の動作モードがバイパス動作モードとなる。
実施の形態2に係る系統連系インバータ装置の動作の更なる理解のため、図8のフローチャートに従い、具体的な数値を用いて説明する。
なお、S301で測定される電圧値Vsa,Vsb,Vsc及び電力値Psa,Psb,Pscは、以下の値とする。
Vsa=320[V]
Vsb=319[V]
Vsc=280[V]
Psa=1000[W]
Psb=900[W]
Psc=800[W]
また、S302で測定される電圧値Vuwは、以下の値とする。
Vuw=200[V]
また、S311で用いる電力変化率R_Psa,R_Psb,R_Pscは、以下の値を使用する。
R_Psa=ΔPsa/ΔVsa=0.9[W/V]
R_Psb=ΔPsb/ΔVsb=−1.2[W/V]
R_Psc=ΔPsc/ΔVsc=0.5[W/V]
(S303)
S302で測定された電圧値Vuwにより、出力電圧目標値設定器17において、インバータ回路5の制御目標値ViiSが、以下の通り設定される。
ViiS=√2×200+35=317.8[V]
(S304)
複数の電圧検出器13a,13b,13cにより検出された太陽電池ストリング1の出力電圧のうちで一番大きい電圧Vsmaxは、電圧値Vsaであり、320[V]になる。
(S305)〜(S306)
Vsa(320V)≧ViiS(317.8[V])、且つ|Vsmax(320[V])−Vsa(320[V])=0|≦1[V]が成立し、昇圧コンバータ回路4aの昇圧動作の停止は許可される。
(S307)〜(S308)
Vsb(319[V])≧ViiS(317.8[V])、且つ|Vsmax(320[V])−Vsb(319[V])=1[V]|≦1[V]が成立し、昇圧コンバータ回路4bの昇圧動作の停止は許可される。
(S309)〜(S310)
Vsc(280[V])<ViiS(317.8[V])であり、判定条件を満たさないので、昇圧コンバータ回路4cの昇圧動作の停止は禁止される。
(S311)〜(S316)
昇圧コンバータ回路4a,4bは昇圧動作の停止が許可されるが、昇圧コンバータ回路4cは昇圧動作の停止が禁止される。昇圧コンバータ回路4a,4bという2つの昇圧コンバータ回路4の昇圧動作の停止が許可されるため、電力変化率R_Psa,R_Psbを確認する。ここで、電力変化率R_Psa(0.9[W/V])≧0、R_Psb(−1.2[W/V])<0であるため、昇圧コンバータ回路4aの動作モードはバイパス動作モードとなり、昇圧コンバータ回路4b,4cの動作モードは昇圧動作モードとなる。
以上説明したように、実施の形態2に係る系統連系インバータ装置3は、制御器16により、昇圧コンバータ回路4a,4b,4cの動作モードを決定し、動作モードに応じたゲートパルスを出力する構成である。このような構成により、複数の昇圧コンバータ回路4の動作モードをバイパス動作モードとすることができ、昇圧コンバータ回路4の変換効率を向上させることができる。
ところで、実施の形態1は、太陽電池ストリング1の最大電力点を用いる手法であるのに対し、実施の形態2は、太陽電池ストリング1の電圧変化に対する電力変化の割合である電力変化率を使用する手法である。最大電力点は、太陽電池ストリング1を構成する太陽電池セルの材質の影響を受けるため、太陽電池セルの材質が異なれば、判定値を変更する必要がある。これに対し、電力変化率の場合には、太陽電池セルの材質の影響を殆ど受けないため、太陽電池セルの材質が異なっても、判定値の変更は不要である。すなわち、実施の形態2の手法を用いれば、太陽電池の材質に依らずに、昇圧コンバータ回路4の動作モードを決定することができる。
複数の太陽電池ストリングが系統連系インバータに接続される場合、接続枚数が同一であっても、設置環境に起因して電圧差が発生する。このため、従来の系統連系インバータ装置では、複数の昇圧コンバータ回路をバイパス動作モードで動作できず、昇圧コンバータ回路の変換効率が低下するという課題があった。
これに対し、実施の形態2に係る系統連系インバータ装置3によれば、複数の太陽電池ストリングの設置環境が異なっても、複数の昇圧コンバータ回路をバイパス動作モードで動作させることができるので、昇圧コンバータ回路の変換効率を向上させることができる。
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1a,1b,1c 太陽電池ストリング、2 商用電力系統、3 系統連系インバータ装置、4a,4b,4c 昇圧コンバータ回路、5 インバータ回路、6 出力リレー、7a,7b,7c,8 平滑用コンデンサ、9a,9b,9c リアクトル、10a,10b,10c スイッチング素子、11a,11b,11c ダイオード、12a,12b,12c 電流検出器、13a,13b,13c,15 電圧検出器、14a,14b,14c 電力演算器、16 制御器、17 出力電圧目標値設定器、18a,18b,18c ゲートパルス発生器、20a,20b,20c,30 電圧比較器、21a,21b,21c 最大電力点判定器、22A,22B 動作モード判定器、23a,23b,23c ゲートパルス指令生成器、31a,31b,31c 電力変化検出器、32a,32b,32c 電流検出素子、100 太陽光発電システム、101a,101b,101c 正極入力端子、102a,102b,102c 負極入力端子、103,104 系統入出力端子、P,N 直流母線。

Claims (11)

  1. 商用電力系統に連系可能に構成される系統連系インバータ装置であって、
    複数の太陽電池電源のそれぞれから出力される電力が入力される複数のコンバータ回路と、
    複数の前記コンバータ回路のそれぞれから出力される直流電圧を交流電圧へ変換するインバータ回路と、
    複数の前記太陽電池電源ごとに前記太陽電池電源の出力電圧である電源電圧を検出する第1の電圧検出器と、
    複数の前記太陽電池電源ごとに前記太陽電池電源の出力電流である電源電流を検出する電流検出器と、
    前記商用電力系統が前記インバータ回路に印加する系統電圧を検出する第2の電圧検出器と、
    前記電源電圧と、前記電源電流と、前記系統電圧とを用いて複数の前記コンバータ回路の昇圧動作の停止を許可するか禁止するかを判定する制御器と、
    前記電源電流の検出値と前記電源電圧の検出値とに基づき、前記コンバータ回路に入力される電力値を演算する電力演算器と、
    を備え、
    前記制御器は、前記電源電圧の検出値と、前記電力演算器が演算した電力値とに基づき、前記太陽電池電源の動作点が最大電力点か否かを判定し、
    前記太陽電池電源が最大電力点で動作しているか否かの判定結果に基づいて、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路を昇圧動作モードで動作させるか、バイパス動作モードで動作させるかを決定する
    ことを特徴とする系統連系インバータ装置。
  2. 全ての前記コンバータ回路における昇圧動作の停止が禁止された場合、
    前記制御器は、全ての前記コンバータ回路を昇圧動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の系統連系インバータ装置。
  3. 昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路が単数である場合、
    前記制御器は、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路をバイパス動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の系統連系インバータ装置。
  4. 昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路が複数あり、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路に接続される前記太陽電池電源の全てが最大電力点では動作していない場合、
    前記制御器は、前記電源電圧の検出値が一番大きいコンバータ回路をバイパス動作モードで動作させ、他のコンバータ回路を昇圧動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の系統連系インバータ装置。
  5. 昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路が複数あり、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路に接続される前記太陽電池電源のうちの少なくとも1つが最大電力点で動作している場合、
    前記制御器は、最大電力点で動作している前記コンバータ回路をバイパス動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の系統連系インバータ装置。
  6. 商用電力系統に連系可能に構成される系統連系インバータ装置であって、
    複数の太陽電池電源のそれぞれから出力される電力が入力される複数のコンバータ回路と、
    複数の前記コンバータ回路のそれぞれから出力される直流電圧を交流電圧へ変換するインバータ回路と、
    複数の前記太陽電池電源ごとに前記太陽電池電源の出力電圧である電源電圧を検出する第1の電圧検出器と、
    複数の前記太陽電池電源ごとに前記太陽電池電源の出力電流である電源電流を検出する電流検出器と、
    前記商用電力系統が前記インバータ回路に印加する系統電圧を検出する第2の電圧検出器と、
    前記電源電圧と、前記電源電流と、前記系統電圧とを用いて複数の前記コンバータ回路の昇圧動作の停止を許可するか禁止するかを判定する制御器と、
    前記電源電流の検出値と前記電源電圧の検出値とに基づき、前記コンバータ回路に入力される電力値を演算する電力演算器を備え、
    前記制御器は、前記電源電圧の検出値と、前記電力演算器が演算した電力値とに基づき、前記太陽電池電源の動作点における電力変化率を演算し、
    前記電力変化率の極性に基づいて、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路を昇圧動作モードで動作させるか、バイパス動作モードで動作させるかを決定する
    ことを特徴とする系統連系インバータ装置。
  7. 全ての前記コンバータ回路における昇圧動作の停止が禁止された場合、
    前記制御器は、全ての前記コンバータ回路を昇圧動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項6に記載の系統連系インバータ装置。
  8. 昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路が単数である場合、
    前記制御器は、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路をバイパス動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項6に記載の系統連系インバータ装置。
  9. 昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路が複数あり、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路に接続される前記太陽電池電源の動作点における前記電力変化率の極性が全て同極性である場合、
    前記制御器は、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路をバイパス動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項6に記載の系統連系インバータ装置。
  10. 昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路が複数あり、昇圧動作の停止が許可された前記コンバータ回路に接続される前記太陽電池電源の動作点における前記電力変化率の極性に異極性が含まれる場合、
    前記制御器は、前記電力変化率がであるコンバータ回路をバイパス動作モードで動作させ、前記電力変化率がであるコンバータ回路を昇圧動作モードで動作させる
    ことを特徴とする請求項6に記載の系統連系インバータ装置。
  11. 前記コンバータ回路は、昇圧コンバータ回路、又は昇降圧コンバータ回路である
    ことを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の系統連系インバータ装置。
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