JP6618870B2 - Power conversion device for solar power generation, control method, and solar power generation system - Google Patents
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Description
本発明は太陽光発電用電力変換装置、制御方法および太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a power conversion device for photovoltaic power generation, a control method, and a photovoltaic power generation system.
太陽光発電用電力変換装置は、太陽光パネルで発電された直流電力を交流電力へ変換して電力系統に電力を供給する電力変換装置である。 The solar power generation power conversion device is a power conversion device that converts DC power generated by a solar panel into AC power and supplies power to the power system.
太陽光発電用電力変換装置の一例としてインバータから構成されるものがある。これは、太陽光パネルが出力する直流電力をインバータが商用周波数の交流電力に変換して、電力系統へ送電するというものである。また、他の一例として,チョッパとインバータから構成されるものがある。これは,太陽光パネルが出力する直流電力をチョッパで昇圧し、チョッパの出力する直流電力をインバータが商用周波数の交流電力に変換して、電力系統へ送電するというものである。 An example of a photovoltaic power converter is an inverter. In this case, the inverter converts the DC power output from the solar panel into AC power having a commercial frequency and transmits it to the power system. Another example includes a chopper and an inverter. In this method, the DC power output from the solar panel is boosted by a chopper, and the inverter converts the DC power output from the chopper into AC power having a commercial frequency and transmits it to the power system.
このような太陽光発電用電力変換装置においては、一般的に、太陽光パネルの出力電力が最大となるように最大電力追従(MPPT: Maximum Power Point Tracking)制御を行う。最大電力追従制御とは、周囲環境によって変化する太陽光パネルの出力特性に追従して、太陽光パネルの出力電力が最大となるように太陽光パネルのパネル電圧を調整する制御である。このような最大電力追従制御はインバータあるいはチョッパが太陽光パネルのパネル電圧を調整することで行う。 In such a power conversion apparatus for photovoltaic power generation, generally, maximum power tracking (MPPT) control is performed so that the output power of the solar panel is maximized. The maximum power follow-up control is control that adjusts the panel voltage of the solar panel so that the output power of the solar panel becomes maximum by following the output characteristics of the solar panel that change depending on the surrounding environment. Such maximum power tracking control is performed by an inverter or chopper adjusting the panel voltage of the solar panel.
一方で、電力は需要と供給のバランスを常に図る必要がある。電力の需要に対して供給が多すぎる場合には、停電が発生するなど電力の安定供給に支障をきたすおそれがある。このような状況を避けるために、太陽光発電用電力変換装置においては、電力会社からの出力指令に従って太陽光パネルの出力を制御することが求められる。 On the other hand, electric power must always balance supply and demand. When there is too much supply for the demand for electric power, there is a risk that a stable supply of electric power may be hindered, such as a power outage. In order to avoid such a situation, the photovoltaic power conversion device is required to control the output of the solar panel in accordance with an output command from an electric power company.
特許文献1には、出力電力抑制が求められた場合、出力電力抑制指令に従って、最大電力追従制御を停止し、出力電力を抑制する太陽光発電用電力変換装置が記載されている。
しかし、出力電力抑制指令に従って最大電力追従制御を停止し、出力電力を抑制する場合、太陽光パネルの出力特性によっては出力電力抑制を達成できない場合がある。例えば、雲などの影響で太陽光パネルの一部に影が掛かると、太陽光パネルの出力特性が大きく変化する場合がある。 However, when the maximum power tracking control is stopped according to the output power suppression command and the output power is suppressed, the output power suppression may not be achieved depending on the output characteristics of the solar panel. For example, when a part of the solar panel is shaded by the influence of clouds or the like, the output characteristics of the solar panel may change greatly.
例えば具体的には、一点の最大値を有するような凸形状の出力特性を取らず、複数の凸形状を有する出力特性を有する太陽光パネルに接続した太陽光発電用電力変換装置において、特許文献1のように、最大電力追従制御を停止し、出力電力を減少させる制御を行うと、出力電力抑制指令が出されているにも関わらず、出力が上昇傾向に転じる状況が生じてしまう。また、太陽光パネルに掛かる影は時々刻々変化するので、太陽光パネルの出力特性は時間的にも変化し、それに起因して太陽光発電用電力変換装置の出力も変動する。 For example, specifically, in a photovoltaic power conversion device connected to a solar panel having output characteristics having a plurality of convex shapes without taking the convex output characteristics having a maximum value of one point, Patent Literature When the maximum power follow-up control is stopped and the control is performed to reduce the output power as in 1, a situation occurs in which the output tends to increase despite the output power suppression command being issued. In addition, since the shadow on the solar panel changes from time to time, the output characteristics of the solar panel change with time, and the output of the power converter for photovoltaic power generation also fluctuates accordingly.
以上のことから本発明においては、出力電力抑制指令に従って、太陽光発電用電力変換装置が適切に出力抑制することができる制御装置等を備えた太陽光発電用電力変換装置、制御方法および太陽光発電システムを提供することを目的としている。 From the above, in the present invention, in accordance with the output power suppression command, the photovoltaic power conversion device, the control method, and the solar power provided with the control device and the like that can appropriately suppress the output of the photovoltaic power conversion device It aims to provide a power generation system.
上記課題を解決するために、本発明においては、太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置であって、電力変換器を制御する制御部は、太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて直流電圧制御部の出力と有効電力制御部の出力を切り替えて、電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置としたものである。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, a power converter for photovoltaic power generation that converts DC power output from a solar panel into AC power by a power converter and outputs the AC power to a system, the power converter The control unit for controlling the DC voltage control unit for controlling the panel voltage of the solar panel and the active power control unit for controlling the output power of the power converter, the DC voltage control unit of the DC voltage control unit according to an external command The power converter for photovoltaic power generation is characterized in that the output and the output of the active power control unit are switched to give a gate pulse signal for driving the power converter.
さらに本発明は、太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、電力変換器を制御する制御部は、太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて直流電圧制御部の出力と有効電力制御部の出力を切り替えて、電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えるとともに、定常時は直流電圧制御部により最大電力追従制御を実施し、外部からの指令が与えられたときには有効電力制御部により出力抑制制御を実施し、その後所定出力に到達後は直流電圧制御部によりパネル電圧制御を実施することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法としたものである。 Furthermore, the present invention is a method for controlling a power converter for photovoltaic power generation that converts DC power output from a solar panel into AC power by a power converter and outputs the AC power to a system, and a control unit that controls the power converter Has a DC voltage control unit that controls the panel voltage of the solar panel and an active power control unit that controls the output power of the power converter, and the output of the DC voltage control unit and active power control according to an external command The output of the unit is switched to give a gate pulse signal for driving the power converter, and the maximum voltage follow-up control is performed by the DC voltage control unit in the steady state, and when the command from the outside is given, the active power control The control method for the photovoltaic power converter is characterized in that the output suppression control is performed by the unit, and then the panel voltage control is performed by the DC voltage control unit after reaching the predetermined output. Than it is.
さらに本発明は、太陽光パネルと、太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置とを有し、電力変換器を制御する制御部は、太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて直流電圧制御部の出力と有効電力制御部の出力を切り替えて、電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電システムとしたものである。 Furthermore, the present invention includes a solar panel and a photovoltaic power generation power conversion device that converts DC power output from the solar panel into AC power by a power converter and outputs the AC power to the system, and controls the power converter. The control unit includes a DC voltage control unit that controls the panel voltage of the solar panel and an active power control unit that controls the output power of the power converter, and the output of the DC voltage control unit according to an external command. The solar power generation system is characterized in that the output of the active power control unit is switched to give a gate pulse signal for driving the power converter.
本発明によれば、出力電力抑制指令に従って、太陽光発電用電力変換装置が適切に出力抑制することができる制御装置等を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the control apparatus etc. which the power converter device for photovoltaic power generation can suppress output appropriately according to an output electric power suppression instruction | command.
以下、本発明に係る太陽光発電用電力変換装置及びその実施例について図面を参照しながら説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a photovoltaic power converter according to the present invention and embodiments thereof will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例1の太陽光発電用電力変換装置26は、太陽光パネル1、電力変換器であるインバータ2、電圧検出器4、電流検出器5、電圧検出器6、電流検出器7、制御部8から構成されている。
FIG. 1 shows a configuration of a power converter for photovoltaic power generation according to
太陽光パネル1はインバータ2の直流部と接続し、インバータ2の交流部は三相の電力系統3と接続されている。インバータ2は、太陽光パネル1から供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統3に供給する。
The
電圧検出器4は太陽光パネル1の出力側に設けられており、太陽光パネル1の出力電圧を検出する。なお、太陽光パネル1の出力電圧はインバータ2の直流電圧と同じであり、電圧検出器4はインバータ2の直流電圧を検出するということもできる。電流検出器5は、太陽光パネル1の出力側に設けられており、太陽光パネル1の出力電流を検出する。なお、太陽光パネル1の出力電流はインバータ2の直流部への入力電流と同じであり、インバータ2の直流部への入力電流を検出するということもできる。電圧検出器6は、インバータ2の出力側に設けられており、インバータ2が連系する系統の系統電圧を検出する。電流検出器7は、インバータ2が連系する系統に出力する出力電流を検出する。
The voltage detector 4 is provided on the output side of the
電圧検出器4、電流検出器5、電圧検出器6、電流検出器7の検出する電圧検出値や電流検出値は制御部8に入力される。また、制御部8には外部指令100が入力される。この外部指令100は太陽光発電用電力変換装置26の出力を抑制する時に入力される出力抑制指令である。制御部8は、入力された電圧検出値や電流検出値や外部指令100に基づいて所定の演算を行い、インバータ2を駆動するためのゲートパルス信号101を出力する。
The voltage detection value and the current detection value detected by the voltage detector 4, the
外部指令受信部9は、外部指令100を受信し、出力抑制制御部10に出力抑制指令を出力する。出力抑制制御部10は外部指令受信部9の出力する出力抑制指令を受けて、有効電力制御部11に出力電力指令を、切替スイッチ12に切替指令を出力する。
The external
有効電力制御部11は、電力系統3の系統電圧の電圧検出値とインバータ2から電力系統3へ流れる出力電流の電流検出値と出力抑制制御部10が出力する出力電力指令を入力とし、インバータ2が電力系統3へ出力する出力電力が出力電力指令と一致するように有効電力制御を行い、インバータ2への出力電流指令を出力する。
The active
直流電圧制御部13は、太陽光パネル1の出力電圧の電圧検出値と出力電流の電流検出値を入力とし、太陽光パネル1の出力電力が最大になるように最大電力追従制御を行うことで太陽光パネル1の出力電圧指令を演算し、太陽光パネル1の出力電圧が出力電圧指令と一致するように直流電圧制御を行い、インバータ2への出力電流指令を出力する。
The DC
切替スイッチ12は、有効電力制御部11の出力する出力電流指令と直流電圧制御部13の出力する出力電流指令と出力抑制制御部10の出力する切替指令を入力とし、太陽光発電用電力変換装置26の出力を抑制させる時は有効電力制御部11の出力する出力電流指令を選択して出力し、それ以外の時は直流電圧制御部13の出力する出力電流指令を選択して出力する。
The change-
電流制御部14は、切替スイッチ12が出力する出力電流指令と電力系統3の系統電圧の電圧検出値とインバータ2から電力系統3へ流れる出力電流の電流検出値を入力とし、インバータ2から電力系統3へ流れる出力電流が出力電流指令と一致するように電流制御を行い、インバータ2の出力電圧指令を出力する。
The
PWM制御部15は、電流制御部14の出力する出力電圧指令を入力とし、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、インバータ2を駆動するためのゲートパルス信号101を出力する。
The
図2は太陽光パネル1に部分的に影が掛かった時のパネル特性の一例を示す。図示のパネル特性は、パネル電圧(横軸)とパネル出力(縦軸)の関係を表しており、複数の凸形状を有する出力特性を有している。図2において動作点Sは、太陽光発電用電力変換装置26内の直流電圧制御部13により最大電力追従制御を行っている時の動作点である。動作点Gは、太陽光発電用電力変換装置26内の有効電力制御部11により出力抑制制御を行っている時の動作点である。またP1,P2は複数の凸形状を有する出力特性の極小、極大を示す動作点であり、P3は任意の動作点である。
FIG. 2 shows an example of panel characteristics when the
図2には、各動作点におけるパネル電圧(横軸)とパネル出力(縦軸)の関係が記号表記されている。例えば動作点Sのパネル電圧はVs,パネル出力はPsであり、動作点Gのパネル電圧はVG,パネル出力はPGである。この図のパネル特性PNによれば、動作点Sで運転している時に、外部から出力抑制指令が与えられて動作点Gまで動作点を移行させるために、太陽光発電用電力変換装置26内の直流電圧制御部13によりパネル電圧をVsからVGに向けて均等に変化させた場合、パネル出力の変動を生じることが理解できる。
In FIG. 2, the relationship between the panel voltage (horizontal axis) and the panel output (vertical axis) at each operating point is shown as a symbol. For example the panel voltage of the operating point S is Vs, the panel output is Ps, the panel voltage of the operating point G is V G, the panel output is P G. According to the panel characteristic PN of this figure, when operating at the operating point S, in order to shift the operating point to the operating point G given the output suppression command from the outside, the panel voltage by the DC
図3は、本発明の出力抑制制御を実行した時の動作波形を示している。図3において、横軸には時刻を表しており、時刻0から時刻Tsまでは太陽光発電用電力変換装置26内の直流電圧制御部13により最大電力追従制御を行っている。時刻Tsから時刻TGまでは太陽光発電用電力変換装置26内の有効電力制御部11により出力抑制制御を行っている。時刻TG以降は、太陽光発電用電力変換装置26内の直流電圧制御部13によりパネル電圧制御を行っている。
FIG. 3 shows operation waveforms when the output suppression control of the present invention is executed. In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and from
図3の縦軸には太陽光パネル1の出力電力とパネル電圧を示している。図3において、最初の状態である最大電力追従制御を行っている状態では、直流電圧制御部13が出力する出力電流指令に従ってインバータ2は動作している。このときに直流電圧制御部13が出力する出力電流指令は、図2の動作点Sに対応し、パネル電圧Vs,パネル出力Psを実現している。
The vertical axis in FIG. 3 shows the output power and panel voltage of the
時刻Tsにおいて、太陽光発電用電力変換装置26は外部指令に応じて出力抑制動作を開始する。このとき出力抑制制御部10は、時刻Tsから時刻TGにかけて一定の時間変化率で減少する有効電力の目標信号(出力電力指令)を有効電力制御部11に与えている。出力抑制制御部10が出力する出力電力指令に従って有効電力制御部11が有効電力制御を実施し、有効電力制御部11が出力する出力電流指令に従ってインバータ2は動作する。
At time T s , the photovoltaic
その為、出力抑制制御部10の出力する出力電力指令が低減すると、インバータ2の出力電力は出力電力指令に従って低減する。インバータ2の出力電力が低減すると、太陽光パネル1の出力電力とインバータ2の出力電力の差分電力がインバータ2の直流回路に蓄積されることで、インバータ2の直流電圧すなわち太陽光パネル1の出力電圧が上昇し、太陽光パネル1の出力電力も低下してインバータ2の出力電力と等しくなる。
Therefore, when the output power command output from the output
なお、上記制御は、図2に示した複数の凸形状を有する出力特性を有する太陽光パネルに対して実施されるので、図3の動作を図2の各動作点との対応で述べると以下のようである。まず、時刻TSから時刻TP1にかけて出力電力指令をPSからPP1に低減する時は、インバータ2の出力電力及び太陽光パネル1の出力電力はPSからPP1に低減し、太陽光パネル1の出力電圧はVSからVP1まで上昇する。この時、図2において動作点は動作点Sから動作点P1に移行している。
In addition, since the said control is implemented with respect to the solar panel which has the output characteristic which has the some convex shape shown in FIG. 2, when the operation | movement of FIG. 3 is described corresponding to each operation point of FIG. It seems to be. First, when the output power command is reduced from P S to P P1 from time T S to time T P1 , the output power of the
次に、時刻TP1から時刻TP3にかけて出力電力指令をPP1からPP3に低減する時は、インバータ2の出力電力は出力電力指令に従ってPP1からPP3に低減する。一方、太陽光パネル1の出力電力はPP1から過渡的にPP2まで上昇してからPP3まで低減する。これは、図2に示すように太陽光パネル1の出力特性が動作点P2では局所的な極大点になっているためである。
Then, when the output power command from time T P1 to time T P3 reduced from P P1 to P P3, the output power of the
太陽光パネル1の出力電圧はVP1からVP2を経由してVP3まで上昇する。この時、図2において動作点は動作点P1から動作点P2を経由して動作点P3に移行している。なお、図示していないが、太陽光パネル1の出力電流も過渡的に上昇してから減少する動作となる。
The output voltage of the
次に、時刻TP3から時刻TGにかけて出力電力指令をPP3からPGに低減する時は、インバータ2の出力電力及び太陽光パネル1の出力電力は出力電力指令に従ってPP3からPGに低減し、太陽光パネル1の出力電圧はVP3からVGまで上昇する。この時、図2において動作点は動作点P3から動作点PGに移行している。
Then, when the output power command from time T P3 to time T G is reduced from P P3 to P G, the output power and the output power of the
時刻TG以降は直流電圧制御部13が出力する出力電流指令に従ってインバータ2を再び動作させる。ただし、この時は最大電力追従制御ではなく、パネル1の出力電圧をVGで維持するように制御する。このようにすることで、インバータ2の出力をPGで維持することができる。
After time TG, the inverter 2 is operated again in accordance with the output current command output by the DC
以上のように、太陽光パネル1の出力電圧を制御する直流電圧制御から、インバータ2の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。また、その後再び太陽光パネル1の出力電圧を制御する直流電圧制御に切り替えることで出力を抑制した状態を維持することができる。
As described above, by switching the control method from the DC voltage control for controlling the output voltage of the
図4は、本発明の実施例2に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示している。実施例2の太陽光発電用電力変換装置26が、図1と異なるのは、電圧検出器4の出力する太陽光パネル1の出力電圧を入力とし、出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力するパネル電圧監視部16を備える点である。
FIG. 4 shows the configuration of a photovoltaic power conversion apparatus according to
パネル電圧監視部16は、出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル1の出力電圧の低下を防止する機能を果たしている。実施例1では、出力抑制動作期間中には十分な日射量が得られていることを前提に説明している。然るに実際には、この期間中に日射量が急減することがある。日射量が減少すると太陽光パネル1の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル1の出力できる最大電力よりも大きい電力をインバータ2が出力しようとすると、不足分の電力をインバータ2の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、インバータ2の直流電圧すなわち太陽光パネル1の出力電圧が低下する。
The panel
そこで、パネル電圧監視部16は、太陽光パネル1の出力電圧を監視し、太陽光パネル1の出力電圧が所定値よりも下がる場合には、出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力することでインバータ2の出力電力が小さくなるように補正制御を実施する。
Therefore, the panel
図5は太陽光パネルへの日射量が変化した時のパネル特性の一例を示す。図5には、パネル特性として、日射量が大きい場合のパネル特性PN1と日射量が小さい場合のパネル特性PN2を合わせて表記している。図5において、動作点Sは、日射量が大きい場合に最大電力追従制御を行っている時のパネル特性PN1上の動作点である。これに対しパネル特性PN1上で、動作点Sから動作点Gまで動作点を移行させて出力を抑制しようとしている時に、日射量が減少したとすると、動作点は日射量が小さい場合のパネル特性PN2に移行することになる。この結果として、日射量が小さい場合のパネル特性PN2上では、動作点Gまで移行させることができなくなり、動作点Gに近い動作点G2にシフトさせることが唯一行えることである。 FIG. 5 shows an example of panel characteristics when the amount of solar radiation on the solar panel changes. In FIG. 5, the panel characteristics PN1 when the amount of solar radiation is large and the panel characteristics PN2 when the amount of solar radiation are small are shown together as panel characteristics. In FIG. 5, an operating point S is an operating point on the panel characteristic PN1 when the maximum power tracking control is performed when the amount of solar radiation is large. On the other hand, on the panel characteristic PN1, when the operation point is shifted from the operation point S to the operation point G to suppress the output and the solar radiation amount is reduced, the operation point is a panel characteristic when the solar radiation amount is small. Transition to PN2. As a result, on the panel characteristic PN2 when the amount of solar radiation is small, it is impossible to shift to the operating point G, and it is only possible to shift to the operating point G2 close to the operating point G.
パネル特性PN1上の動作点Gの代わりにパネル特性PN2上の動作点G2に移行させる時の動作波形を図6に示す。図6において、時刻0から時刻TSまでは最大電力追従制御を行っており、直流電圧制御部13が出力する出力電流指令に従ってインバータ2は動作している。
FIG. 6 shows an operation waveform when shifting to the operation point G2 on the panel characteristic PN2 instead of the operation point G on the panel characteristic PN1. 6, from
時刻TSから出力抑制動作を開始すると、出力抑制制御部10が出力する出力電力指令に従って有効電力制御部11が有効電力制御を実施し、有効電力制御部11が出力する出力電流指令に従ってインバータ2は動作するようになる。その為、出力抑制制御部10の出力する出力電力指令が低減すると、インバータ2の出力電力は出力電力指令に従って低減する。インバータ2の出力電力が低減すると、太陽光パネル1の出力電力とインバータ2の出力電力の差分電力がインバータ2の直流回路に備えられたコンデンサに蓄積されることで、インバータ2の直流電圧すなわち太陽光パネル1の出力電圧が上昇し、太陽光パネル1の出力電力も低下してインバータ2の出力電力と等しくなる。
When starting the output suppression operation from time T S, the
次に、時刻TDにおいて日射量が低下し、太陽光パネル1の出力が低下したとする。このとき、太陽光パネル1の出力電力とインバータ2の出力電力の差分電力がインバータ2の直流回路に蓄積されているエネルギーから補填されることで、インバータ2の直流電圧すなわち太陽光パネル1の出力電圧が低下する。
Then, the amount of solar radiation is reduced at time T D, the output of the
次に、時刻TLにおいて、太陽光パネル1の出力電圧が所定値VLよりも低下すると、パネル電圧監視部16が出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力する。出力抑制制御部10はパネル電圧監視部16が出力する出力電力補正指令を受けると、太陽光パネル1の出力電圧の低下が収まるまで有効電力制御部11に出力する出力電力指令を低減する。
Next, at time T L, the output voltage of the
次に、時刻TMにおいて、太陽光パネル1の出力電圧の低下が収まると、直流電圧制御部13が出力する出力電流指令に従ってインバータ2を再び動作させる。この時、直流電圧制御部13は最大電力追従制御を実施することで、太陽光パネル1の出力電圧をVG2に維持する。このようにすることで、インバータ2の出力をPG2で維持することができる。
Next, at time T M, the decrease in the output voltage of the
以上のように、太陽光パネル1の出力電圧を制御する直流電圧制御から、インバータ2の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。また、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも太陽光パネル1の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。
As described above, by switching the control method from the DC voltage control for controlling the output voltage of the
図7は、本発明の実施例3に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例3の太陽光発電用電力変換装置26において図1と異なるのは、日射量を検出する日射量検出部17及び、日射量検出部17の出力する日射量検出値を入力として、出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力する日射量監視部18を備える点である。
FIG. 7: shows the structure of the power converter device for solar power generation concerning Example 3 of this invention. The solar power
日射量監視部18は、出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル1の出力電圧の低下を防止する機能を果たしている。日射量が減少すると太陽光パネル1の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル1の出力できる最大電力よりも大きい電力をインバータ2が出力しようとすると、不足分の電力をインバータ2の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、インバータ2の直流電圧すなわち太陽光パネル1の出力電圧が低下する。
The solar radiation
そこで、日射量監視部18は日射量検出部17の出力する日射量検出値を監視し、日射量が低下する場合には出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力することでインバータ2の出力電力が小さくなるようにする。
Therefore, the solar radiation
このように、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも日射量を監視することで、実施例2と同様に太陽光パネル1の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。
In this way, by monitoring the amount of solar radiation even when the amount of solar radiation is reduced during active power control, the decrease in the output voltage of the
図8は、本発明の実施例4に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例1から実施例3では、電力変換器がインバータ2により構成されていたが、実施例4では、電力変換器がチョッパ19とインバータ2により構成されている。このため、実施例4の太陽光発電用電力変換装置29は、電力主回路及び制御装置部分の構成が、実施例1から実施例3とは相違している。この相違点は以下のようである。
FIG. 8: shows the structure of the power converter device for solar power generation concerning Example 4 of this invention. In the first to third embodiments, the power converter is configured by the
実施例4の太陽光発電用電力変換装置29は、太陽光パネル1、チョッパ19、電圧検出器4、電流検出器5、電圧検出器20、電流検出器21、インバータ2、電圧検出器6、電流検出器7、制御部22を有している。
The solar power
太陽光パネル1はチョッパ19の入力側と接続し、チョッパ19の出力側はインバータ2の直流部と接続し、インバータ2の交流部は三相の電力系統3と接続されている。チョッパ19は、太陽光パネル1から供給される直流電力を昇圧してインバータ2に供給する。インバータ2はチョッパ19から供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統3に供給する。
The
電圧検出器4は太陽光パネル1の出力側に設けられており、太陽光パネル1の出力電圧を検出する。なお、太陽光パネル1の出力電圧はチョッパ19の入力側の直流電圧と同じであり、電圧検出器4はチョッパ19の入力側の直流電圧を検出するということもできる。電流検出器5は、太陽光パネル1の出力側に設けられており、太陽光パネル1の出力電流を検出する。なお、太陽光パネル1の出力電流はチョッパ19の入力側への入力電流と同じであり、チョッパ19の入力側への入力電流を検出するということもできる。電圧検出器20はチョッパ19の出力側に設けられており、チョッパ19の出力側の直流電圧を検出する。なお、チョッパ19の出力側の直流電圧はインバータ2の直流電圧と同じであり、インバータ2の直流電圧を検出するということもできる。電流検出器21はチョッパ19の出力側に設けられており、チョッパ19の出力側の出力電流を検出する。なお、チョッパ19の出力側の出力電流はインバータ2の直流部への入力電流と同じであり、インバータ2の直流部への入力電流を検出するということもできる。電圧検出器6は、インバータ2の出力側に設けられており、インバータ2が連系する系統の系統電圧を検出する。電流検出器7は、インバータ2が連系する系統に出力する出力電流を検出する。
The voltage detector 4 is provided on the output side of the
電圧検出器4、電流検出器5、電圧検出器20、電流検出器21、電圧検出器6、電流検出器7の検出する電圧検出値や電流検出値は制御部22に入力される。また、制御部22には外部指令が入力される。この外部指令は太陽光発電用電力変換装置29の出力を抑制する時に入力される出力抑制指令である。
The voltage detection value and the current detection value detected by the voltage detector 4, the
制御部22は、入力された電圧検出値や電流検出値や外部指令に基づいて所定の演算を行い、チョッパ19、インバータ2を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。外部指令受信部9は外部指令を受信し、出力抑制制御部10に出力抑制指令を出力する。出力抑制制御部10は外部指令受信部9の出力する出力抑制指令を受けて、有効電力制御部11に出力電力指令を、切替スイッチ12に切替指令を出力する。
The
有効電力制御部11はチョッパ19の出力側の電圧検出値と電流検出値と出力抑制制御部10が出力する出力電力指令を入力とし、チョッパ19がインバータ2の直流部へ出力する出力電力が出力電力指令と一致するように有効電力制御を行い、チョッパ19への出力電圧指令を出力する。
The active
直流電圧制御部13は太陽光パネル1の出力電圧の電圧検出値と出力電流の電流検出値を入力とし、太陽光パネル1の出力電力が最大になるように最大電力追従制御を行うことで太陽光パネル1の出力電圧指令を演算し、太陽光パネル1の出力電圧が出力電圧指令と一致するように直流電圧制御を行い、チョッパ19への出力電圧指令を出力する。
The DC
切替スイッチ12は有効電力制御部11の出力する出力電圧指令と直流電圧制御部13の出力する出力電圧指令と出力抑制制御部10の出力する切替指令を入力とし、太陽光発電用電力変換装置29の出力を抑制させる時は有効電力制御部11の出力する出力電圧指令を選択して出力し、それ以外の時は直流電圧制御部13の出力する出力電圧指令を選択して出力する。PWM制御部15は切替スイッチ12の出力する出力電圧指令を入力とし、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、チョッパ19を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。
The change-
直流電圧制御部23はインバータ2の直流部の直流電圧検出値を入力とし、インバータ2の直流部の直流電圧が一定になるように直流電圧制御を行い、インバータ2への出力電流指令を出力する。電流制御部24は直流電圧制御部23が出力する出力電流指令と電力系統3の系統電圧の電圧検出値とインバータ2から電力系統3へ流れる出力電流の電流検出値を入力とし、インバータ2から電力系統3へ流れる出力電流が出力電流指令と一致するように電流制御を行い、インバータ2の出力電圧指令を出力する。PWM制御部25は電流制御部24の出力する出力電圧指令を入力とし、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、インバータ2を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。
The DC
このように、チョッパ19及びインバータ2から構成される実施例4の構成においても、実施例1,2,3と同様に太陽光パネル1の出力電圧を制御する直流電圧制御から、チョッパ19の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。また、その後再び太陽光パネル1の出力電圧を制御する直流電圧制御に切り替えることで出力を抑制した状態を維持することができる。
Thus, also in the configuration of the fourth embodiment including the
図9は、本発明の実施例5に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例5の太陽光発電用電力変換装置29において図8と異なるのは、電圧検出器4の出力する太陽光パネル1の出力電圧を入力とし、出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力するパネル電圧監視部16を備える点である。
FIG. 9 shows a configuration of a photovoltaic power conversion apparatus according to
パネル電圧監視部16は出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル1の出力電圧の低下を防止する。日射量が減少すると太陽光パネル1の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル1の出力できる最大電力よりも大きい電力をチョッパ19が出力しようとすると、不足分の電力をチョッパ19の入力側の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、チョッパ19の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル1の出力電圧が低下する。
The panel
そこで、パネル電圧監視部16は太陽光パネル1の出力電圧を監視し、太陽光パネル1の出力電圧が所定値よりも下がる場合には出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力することでチョッパ19の出力電力が小さくなるようにする。
Therefore, the panel
このように、チョッパ19及びインバータ2から構成される本実施例の構成においても、
有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にもチョッパ19の入力側の直流電圧を監視することで、実施例2と同様に太陽光パネル1の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。
Thus, also in the structure of the present Example comprised from the
Even when the amount of solar radiation is reduced during active power control, the DC voltage on the input side of the
図10は、本発明の実施例6に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例6の太陽光発電用電力変換装置29において図8と異なるのは、日射量を検出する日射量検出部17及び、日射量検出部17の出力する日射量検出値を入力として、出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力する日射量監視部18を備える点である。
FIG. 10: shows the structure of the power converter device for solar power generation concerning Example 6 of this invention. What is different from FIG. 8 in the solar power generation
日射量監視部18は出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル1の出力電圧の低下を防止する。日射量が減少すると太陽光パネル1の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル1の出力できる最大電力よりも大きい電力をチョッパ19が出力しようとすると、不足分の電力をチョッパ19の入力側の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、チョッパ19の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル1の出力電圧が低下する。
The solar radiation
そこで、日射量監視部18は日射量検出部17の出力する日射量検出値を監視し、日射量が低下する場合には出力抑制制御部10に出力電力補正指令を出力することでチョッパ19の出力電力が小さくなるようにする。
Therefore, the solar radiation
このように、チョッパ19及びインバータ2から構成される本実施例の構成においても、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも日射量を監視することで、第三の実施例と同様に太陽光パネル1の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。
Thus, even in the configuration of the present embodiment including the
なお、実施例1から実施例6において、外部指令を単に時刻情報とし、外部指令受信部9に予め出力抑制指令のスケジュールを登録しておいて、外部指令受信部9はそのスケジュールに応じて出力抑制指令を出力する構成としても良い。
In the first to sixth embodiments, the external command is simply used as time information, and the schedule of the output suppression command is registered in advance in the external
また、実施例4から実施例6において、複数のチョッパが一つのインバータに接続される構成としても良い。 Further, in the fourth to sixth embodiments, a plurality of choppers may be connected to one inverter.
1:太陽光パネル
2:インバータ
3:電力系統
4:電圧検出器
5:電流検出器
6:電圧検出器
7:電流検出器
8:制御部
9:外部指令受信部
10:出力抑制制御部
11:有効電力制御部
12:切替スイッチ
13:直流電圧制御部
14:電流制御部
15:PWM制御部
16:パネル電圧監視部
17:日射量検出部
18:日射量監視部
19:チョッパ
20:電圧検出器
21:電流検出器
22:制御部
23:直流電圧制御部
24:電流制御部
25:PWM制御部
26:太陽光発電用電力変換装置
29:太陽光発電用電力変換装置
100:外部指令
101:ゲートパルス信号
1: Solar panel 2: Inverter 3: Power system 4: Voltage detector 5: Current detector 6: Voltage detector 7: Current detector 8: Control unit 9: External command receiving unit 10: Output suppression control unit 11: Active power control unit 12: changeover switch 13: DC voltage control unit 14: current control unit 15: PWM control unit 16: panel voltage monitoring unit 17: solar radiation amount detection unit 18: solar radiation amount monitoring unit 19: chopper 20: voltage detector 21: Current detector 22: Control unit 23: DC voltage control unit 24: Current control unit 25: PWM control unit 26: Photovoltaic power conversion device 29: Photovoltaic power conversion device 100: External command 101: Gate Pulse signal
Claims (12)
前記電力変換器を制御する制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて前記直流電圧制御部の出力と前記有効電力制御部の出力を切り替えて、前記電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is a power conversion device for photovoltaic power generation that converts DC power output from a solar panel into AC power by a power converter and outputs it to a system,
The control unit that controls the power converter includes a DC voltage control unit that controls a panel voltage of the solar panel, and an active power control unit that controls output power of the power converter, and according to an external command. And switching the output of the DC voltage control unit and the output of the active power control unit to provide a gate pulse signal for driving the power converter.
定常時は前記直流電圧制御部により前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御を実施し、外部からの指令に応じて前記電力変換器の出力電力を抑制する時は、前記有効電力制御部により前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御を実施することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is the power converter device for photovoltaic power generation according to claim 1,
When the DC voltage control unit performs DC voltage control for controlling the panel voltage of the solar panel at a constant time and suppresses the output power of the power converter in accordance with an external command, the active power control is performed. An active power control for controlling the output power of the power converter is performed by a unit.
前記太陽光パネルの前記パネル電圧を監視し、前記有効電力制御部により前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御を実施している状態において、前記パネル電圧が低下する時は前記有効電力制御部による前記電力変換器の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is the power converter device for photovoltaic power generation according to claim 1 or 2,
In the state where the panel voltage of the solar panel is monitored and the active power control unit controls the output power of the power converter by the active power control unit, when the panel voltage decreases, the active power A power converter for photovoltaic power generation, wherein the output power of the power converter by the control unit is suppressed.
前記太陽光パネルの日射量を監視し、前記有効電力制御部により前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御を実施している状態において、前記日射量が低下する時は前記有効電力制御部による前記電力変換器の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is the power converter device for photovoltaic power generation according to claim 1 or 2,
The active power control is performed when the solar radiation amount is reduced in the state in which the active power control is performed by monitoring the solar radiation amount of the solar panel and controlling the output power of the power converter by the active power control unit. The power converter for photovoltaic power generation characterized by suppressing the output electric power of the power converter by a part.
前記電力変換器はインバータまたはチョッパの少なくとも一つを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
電力変換装置。 It is the power converter device for photovoltaic power generation according to claim 1,
The said power converter has at least one of an inverter or a chopper, The power converter device for photovoltaic power generation characterized by the above-mentioned.
Power conversion device.
前記電力変換器は電力蓄積機能を有する直流回路を備えており、前記太陽光パネルの出力電力と前記電力変換器の出力電力の差分を前記電力変換器の直流回路に蓄電あるいは放電することで、前記電力変換器は前記太陽光パネルの出力電力の変動分を系統に出力しないことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is the power converter device for photovoltaic power generation according to claim 1,
The power converter includes a DC circuit having a power storage function, and by storing or discharging the difference between the output power of the solar panel and the output power of the power converter in the DC circuit of the power converter, The said power converter does not output the fluctuation | variation part of the output power of the said solar panel to a system | strain, The power converter device for photovoltaic power generation characterized by the above-mentioned.
前記太陽光パネルの出力電力と前記電力変換器の出力電力の差分に応じて、前記電力変換器の直流回路の直流電圧が変動することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is the power converter device for photovoltaic power generation according to claim 6,
A power converter for photovoltaic power generation, wherein a DC voltage of a DC circuit of the power converter varies according to a difference between output power of the solar panel and output power of the power converter.
前記有効電力制御を実施する時は、前記太陽光パネルに部分的に影が掛かっている状態で前記電力変換器の出力電力が単調減少している時に、前記太陽光パネルの出力電力あるいは出力電流が過渡的に増加する期間があることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is the power converter device for photovoltaic power generation according to claim 1,
When performing the active power control, when the output power of the power converter is monotonously decreasing while the solar panel is partially shaded, the output power or output current of the solar panel There is a period in which the power generation increases transiently.
前記有効電力制御部は、前記外部からの指令に応じて前記電力変換器の出力電力が時間経過とともに減少するように制御することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。 It is the power converter device for solar power generation in any one of Claims 1-8,
The active power control unit controls the output power of the power converter to decrease with time in response to a command from the outside.
前記電力変換器を制御する制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて前記直流電圧制御部の出力と前記有効電力制御部の出力を切り替えて、前記電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えるとともに、
定常時は前記直流電圧制御部により最大電力追従制御を実施し、
外部からの指令が与えられたときには前記有効電力制御部により出力抑制制御を実施し、
その後所定出力に到達後は前記直流電圧制御部によりパネル電圧制御を実施することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。 A control method for a photovoltaic power conversion device that converts direct current power output from a solar panel into alternating current power by a power converter and outputs the alternating current power to a system,
The control unit that controls the power converter includes a DC voltage control unit that controls a panel voltage of the solar panel, and an active power control unit that controls output power of the power converter, and according to an external command. Switching the output of the DC voltage control unit and the output of the active power control unit to give a gate pulse signal for driving the power converter,
At regular times, the DC voltage control unit performs maximum power tracking control,
When an external command is given, the active power control unit performs output suppression control,
Thereafter, after reaching a predetermined output, panel voltage control is performed by the DC voltage control unit.
前記出力抑制制御においては、前記電力変換器の出力電力が時間経過とともに減少するように制御されることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。 It is a control method of the power converter for photovoltaic power generation according to claim 10,
In the said output suppression control, it controls so that the output electric power of the said power converter decreases with time progress, The control method of the power converter device for solar power generation characterized by the above-mentioned.
前記太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置とを有し、
前記電力変換器を制御する制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて前記直流電圧制御部の出力と前記有効電力制御部の出力を切り替えて、前記電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電システム。 Solar panels,
The solar power generation power conversion device that converts the DC power output from the solar panel into AC power by a power converter and outputs the AC power to the system,
The control unit that controls the power converter includes a DC voltage control unit that controls a panel voltage of the solar panel, and an active power control unit that controls output power of the power converter, and according to an external command. And switching the output of the DC voltage control unit and the output of the active power control unit to provide a gate pulse signal for driving the power converter.
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