JP6792820B2 - Solar power system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池群から出力される直流電力をチョッパユニット及びインバータにより所定の交流電力に変換して電力系統に連系させる太陽光発電システムに関するものである。 The present invention relates to a photovoltaic power generation system in which DC power output from a solar cell group is converted into predetermined AC power by a chopper unit and an inverter and connected to a power system.
この種の太陽光発電システムの従来技術として、特許文献1に記載されたものが知られている。
図5は、この従来技術の概略的な構成を示すブロック図であり、太陽光発電システムは、太陽電池群2a,2bと、チョッパユニット3a,3bと、インバータ4と、コンデンサ5とを備え、チョッパユニット3a,3bには第1の動作点制御手段6a,6bがそれぞれ設けられると共に、インバータ4には第2の動作点制御手段8が設けられている。
As a prior art of this kind of photovoltaic power generation system, the one described in
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of this prior art, and the photovoltaic power generation system includes
チョッパユニット3a,3bは、太陽電池群2a,2bの直流出力電圧を入力電圧Vinとしてそれぞれ昇圧し、出力する。
インバータ4は、図示されていない電力系統と連系運転するため、電圧調整及び同期調整を行い、チョッパユニット3a,3bから出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。インバータ4から出力される交流電圧は、図示されていないトランスにより各サイトにおける系統電圧に変圧される。
また、インバータ4は、入力電圧Eが一定または所定の電圧範囲となるように、交流出力電流Ioを制御する機能を有する。
Since the
The
チョッパユニット3a,3b内の第1の動作点制御手段6a,6bは、入力電流Iinを制御することにより、太陽電池群2a,2bの動作点を最適化し、太陽電池群2a,2bからそれぞれ最大出力を得るように最大電力追従(MPPT;Maximum Power Point Tracking)制御を行う。
The first operating point control means 6a and 6b in the
また、チョッパユニット3a,3bは、入力電圧Vinがインバータ4の所定の入力電圧を超えた場合に、そのスイッチング動作を停止して入力電圧Vinを電圧Eとして直接出力する機能(スルーモード動作機能)を備えている。このスルーモード動作機能は、チョッパユニット3a,3bにおけるスイッチング損失の発生を防ぐ役割を担っており、この機能により太陽光発電システムの高効率化を可能にしている。
Further, the
図6は、チョッパユニット3a,3bの主回路(両ユニットとも同一)を示す概略的な構成図である。
すなわち、チョッパユニット3a,3bの主回路は、直流入力端子P1,N1間に直列に接続された半導体スイッチング素子(MOSFET)31及びインダクタ32と、フリーホイーリングダイオード33と、スイッチングダイオード34と、コンデンサ35とからなるチョッパ36、及び、短絡手段7を備えている。なお、P2,N2は直流出力端子である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the main circuits (both units are the same) of the
That is, the
短絡手段7は、低周波用の整流ダイオード、または機械接点スイッチ、または半導体スイッチング素子を用いた同期整流回路のいずれか、或いはこれらの組み合わせからなる。この短絡手段7は、前述したスルーモード動作時に、チョッパユニット3a,3bの入出力端子P1,P2間を短絡し、入力電圧Vinをそのまま電圧Eとして出力する。
The short-circuit means 7 comprises either a low-frequency rectifier diode, a mechanical contact switch, or a synchronous rectifier circuit using a semiconductor switching element, or a combination thereof. The short-circuiting means 7, during the through mode operation described above, the
また、インバータ4内の第2の動作点制御手段8は、入力電圧Eを変化させて太陽電池群2a,2bの動作点を最適化する機能を有し、全てのチョッパユニット3a,3bがスルーモード動作となった際に、太陽電池群2a,2bの合計出力電力が最大となるように、その動作点を変化させる最大電力追従制御を行う。
Further, the second operating point control means 8 in the
以上のように構成された従来技術では、太陽電池群2a,2bの出力電圧が小さい場合であっても、チョッパユニット3a,3bにより入力電圧を昇圧してインバータ4の入力電圧Eを高くすることができる。このため、インバータ4の交流出力電圧を高く設定し、同じ出力電力に対してインバータ4の出力電流Ioを少なくすることができ、インバータ4における導通損失の低減、及び装置の小型化が可能である。
In the conventional technique configured as described above, even when the output voltage of the
更に、太陽電池群2a,2bにそれぞれ対応して設けられたチョッパユニット3a,3bによりMPPT制御を行うことで、太陽電池群2a,2bの出力電力をそれぞれ最大化できるため、全ての太陽電池群2a,2bに対し一括してMPPT制御を行う場合に比べ、太陽光発電システム全体の出力電力の増加が可能であるという利点を有する。
Furthermore, the output power of the
次に、この太陽光発電システムの動作の一例を説明する。
例えば、一方のチョッパユニット3aがMPPT制御を行った結果、太陽電池群2aの出力電圧Vinがインバータ4の所定の入力電圧を超えたときは、チョッパユニット3aのスイッチング動作を停止してスイッチング損失を低減させると共に、短絡手段7によりチョッパユニット3aの入出力端子P1,P2間を短絡して入力電圧Vinをそのまま電圧Eとして出力する(スルーモード動作)。
Next, an example of the operation of this photovoltaic power generation system will be described.
For example, as a result of one of the
このとき、他方のチョッパユニット3bがMPPT制御を行った結果、太陽電池群2bの出力電圧Vinがインバータ4の所定の入力電圧未満であれば、チョッパユニット3bはスイッチングを行って昇圧動作する。
以上のように、従来技術によれば、太陽電池群2a,2bの出力電力を増加させ、かつ損失を低減して太陽光発電システムの出力電力を増加させることができる。
At this time, as a result of the
As described above, according to the prior art, it is possible to increase the output power of the
ところで、太陽電池群から得られる直流電力は、日射量や温度の変化に伴って変動する。
図5に示した太陽光発電システムでは、日射量が急増した場合、チョッパユニット3a,3bがMPPT制御を行うことによってこれらの出力電力は急増する。インバータ4は、入力電圧Eが一定となるように、または所定の電圧範囲となるように交流出力電流Ioを制御することにより、結果としてインバータ4の出力有効電力が急増する。
By the way, the DC power obtained from the solar cell group fluctuates with changes in the amount of solar radiation and temperature.
In the photovoltaic power generation system shown in FIG. 5, when the amount of solar radiation suddenly increases, the output powers of these are rapidly increased by the
しかしながら、離島などの脆弱な電力系統では、インバータ4の出力有効電力が急増すると系統の周波数に変動を生じる。
従って、従来の太陽光発電システムでは、前述した利点を有する一方で、特に離島などの脆弱な電力系統において、日射量が急増した場合に系統の周波数に変動が生じ、負荷に悪影響を与えるという問題があった。
However, in a fragile power system such as a remote island, the frequency of the system fluctuates when the output active power of the
Therefore, while the conventional photovoltaic power generation system has the above-mentioned advantages, there is a problem that the frequency of the system fluctuates when the amount of solar radiation suddenly increases, which adversely affects the load, especially in a fragile power system such as a remote island. was there.
そこで、本発明の解決課題は、日射量急増時における系統周波数の変動を小さくし、電力系統の安定化に寄与することができる太陽光発電システムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation system capable of reducing fluctuations in the system frequency at the time of a rapid increase in the amount of solar radiation and contributing to stabilization of the electric power system.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、複数の太陽電池群に対応してそれぞれ設置され、かつ、半導体スイッチング素子の動作により前記太陽電池群の直流出力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換する複数台のチョッパユニットと、
前記複数台のチョッパユニットの出力側に共通接続され、かつ、半導体スイッチング素子の動作により直流電圧を交流電圧に変換して電力系統と連系運転するインバータと、
前記チョッパユニットの出力電流をそれぞれ制御して当該チョッパユニットに接続された前記太陽電池群の動作点を最適化することにより、当該太陽電池群の出力電力を最大化するための第1の動作点制御手段と、
当該太陽電池群の出力電圧が前記インバータの所定の入力電圧を超えたときに当該チョッパユニットのスイッチング動作を停止して当該太陽電池群の出力電圧を前記インバータに直接出力するスルーモード動作を実行する機能と、
全ての前記チョッパユニットがスルーモード動作を行うときに前記インバータの入力電圧を制御して全ての前記太陽電池群の動作点を最適化することにより、全ての前記太陽電池群の合計出力電力を最大化するための第2の動作点制御手段と、
を備えた太陽光発電システムにおいて、
前記第1の動作点制御手段が動作している前記チョッパユニットの入力電力の増加方向の変化率を、所定値を超えないように制限する第1の変化率制限手段と、
前記第2の動作点制御手段の動作時に、前記インバータの入力電力の増加方向の変化率を、所定値を超えないように制限する第2の変化率制限手段と、
前記第2の変化率制限手段が動作しない時に、前記インバータの入力電力の増加方向の変化率が所定値を超えると前記インバータの入力電力の増加を抑制する電力急増抑制手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
An inverter that is commonly connected to the output side of the plurality of chopper units and that converts DC voltage to AC voltage by the operation of semiconductor switching elements and operates in interconnection with the power system.
A first operating point for maximizing the output power of the solar cell group by controlling the output current of the chopper unit and optimizing the operating point of the solar cell group connected to the chopper unit. Control means and
When the output voltage of the solar cell group exceeds a predetermined input voltage of the inverter, the switching operation of the chopper unit is stopped and the through mode operation of directly outputting the output voltage of the solar cell group to the inverter is executed. Function and
By controlling the input voltage of the inverter and optimizing the operating points of all the solar cell groups when all the chopper units operate in the through mode, the total output power of all the solar cell groups is maximized. A second operating point control means for converting to
In a photovoltaic power generation system equipped with
A first change rate limiting means that limits the rate of change in the increasing direction of the input power of the chopper unit in which the first operating point control means is operating so as not to exceed a predetermined value .
When the second operating point control means is operated, the second change rate limiting means for limiting the rate of change in the increasing direction of the input power of the inverter so as not to exceed a predetermined value ,
When the rate of change in the increasing direction of the input power of the inverter exceeds a predetermined value when the second rate of change limiting means does not operate, the power rapid increase suppressing means for suppressing the increase in the input power of the inverter
It is characterized by being equipped with.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した太陽光発電システムにおいて、
前記第1の変化率制限手段は、
チョッパ入力電圧と前記第1の動作点制御手段により求めたチョッパ入力電圧指令とに基づいてチョッパ入力電力指令を生成する手段と、
前記チョッパ入力電力指令の増加方向の変化率が所定の増加方向変化率を超えないようにチョッパ入力電流指令を生成する手段と、
前記チョッパ入力電流指令及びチョッパ入力電流の偏差がゼロになるように前記チョッパユニットのスイッチング素子に対するオン・オフ指令を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the photovoltaic power generation system according to
The first rate of change limiting means is
A means for generating a chopper input power command based on the chopper input voltage and the chopper input voltage command obtained by the first operating point control means, and
A means for generating a chopper input current command so that the rate of change in the increasing direction of the chopper input power command does not exceed a predetermined rate of change in the increasing direction, and
A means for generating an on / off command for the switching element of the chopper unit so that the deviation between the chopper input current command and the chopper input current becomes zero, and
It is characterized by being equipped with.
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載した太陽光発電システムにおいて、
前記第2の変化率制限手段は、
インバータ入力電圧と前記第2の動作点制御手段により求めたインバータ入力電圧指令との偏差がゼロになるように第1の有効電流指令を生成する手段と、
前記第1の有効電流指令の増加方向変化率を、所定値を超えないように制限して第2の有効電流指令を生成する手段と、
前記第2の有効電流指令及び無効電流指令並びにインバータ出力電流を用いてインバータ出力電圧指令を生成し、前記インバータ出力電圧指令に基づいて前記インバータのスイッチング素子に対するオン・オフ指令を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the photovoltaic power generation system according to
The second rate of change limiting means is
A means for generating a first effective current command so that the deviation between the inverter input voltage and the inverter input voltage command obtained by the second operating point control means becomes zero.
A means for generating the second effective current command by limiting the rate of change in the increasing direction of the first effective current command so as not to exceed a predetermined value.
A means for generating an inverter output voltage command using the second effective current command, an invalid current command, and an inverter output current, and generating an on / off command for the switching element of the inverter based on the inverter output voltage command.
It is characterized by being equipped with.
請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した太陽光発電システムにおいて、
前記電力急増抑制手段は、
前記インバータの入力電力の増加方向の変化率が所定の急増検知レベルを超えた時に、前記インバータの有効電流指令の前回演算値を上限値に設定すると共に、前記前回演算値に有効電流指令上限変化量加算値を逐次加算した値を新たな上限値として有効電流指令を生成する手段と、
当該有効電流指令及び無効電流指令並びにインバータ出力電流を用いてインバータ出力電圧指令を生成し、前記インバータ出力電圧指令に基づいて前記インバータのスイッチング素子に対するオン・オフ指令を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to
The power rapid increase suppressing means is
When the rate of change in the increasing direction of the input power of the inverter exceeds a predetermined rapid increase detection level, the previously calculated value of the effective current command of the inverter is set to the upper limit value, and the upper limit of the effective current command is changed to the previously calculated value. A means for generating an effective current command with the value obtained by sequentially adding the amount addition values as a new upper limit value,
A means for generating an inverter output voltage command using the effective current command, an invalid current command, and an inverter output current, and generating an on / off command for the switching element of the inverter based on the inverter output voltage command.
It is characterized by being equipped with.
請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載した太陽光発電システムにおいて、前記第1の動作点制御手段及び前記第1の変化率制限手段を前記チョッパユニット内に備えると共に、前記第2の動作点制御手段,前記第2の変化率制限手段及び前記電力急増抑制手段を前記インバータ内に備えたことを特徴とする。
According to the fifth aspect of the present invention, in the photovoltaic power generation system according to any one of
本発明によれば、太陽電池群の出力電力増加及び損失の低減を図りながら、日射量が急増した場合でもインバータから出力される有効電力の急増を抑制し、系統の周波数変動や負荷への悪影響を抑えることができる。これにより、高効率、高性能な太陽光発電システムを実現することが可能である。 According to the present invention, while aiming to increase the output power and reduce the loss of the solar cell group, it suppresses the rapid increase in the active power output from the inverter even when the amount of solar radiation suddenly increases, and adversely affects the frequency fluctuation and the load of the system. Can be suppressed. This makes it possible to realize a highly efficient and high-performance photovoltaic power generation system.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態の概略的な構成を示すブロック図である。図1において、図5に示した各部と同一機能を有する部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略し、以下では図5と異なる部分を中心に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of this embodiment. In FIG. 1, parts having the same functions as those shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted. Hereinafter, parts different from those in FIG. 5 will be mainly described.
図1に示す実施形態が図5と異なる点は、チョッパユニット30a,30bが、第1の動作点制御手段6a,6bの他にチョッパ電力増加方向変化率制限手段21a,21bをそれぞれ備え、また、インバータ40が、第2の動作点制御手段8の他に、インバータ電力増加方向変化率制限手段22及びインバータ電力急増抑制手段23を備えている点である。
なお、チョッパユニット30a,30bの構成は同一であり、その主回路は、前述した図6と同様にチョッパ36及び短絡手段7を備えている。
The embodiment shown in FIG. 1 differs from that of FIG. 5 in that the
The configurations of the
まず、チョッパ電力増加方向変化率制限手段21a,21bは、チョッパユニット30a,30bがMPPT制御を行う際にそれぞれ動作する。
また、インバータ電力増加方向変化率制限手段22は、全てのチョッパユニット30a,30bがスルーモード動作してインバータ40がMPPT制御を行う際に動作する。更に、インバータ電力急増抑制手段23は、インバータ40がMPPT制御を行わない場合、すなわち、MPPT制御を行うチョッパユニットが一部に存在する場合に動作する。
First, the chopper power increasing direction change rate limiting means 21a and 21b operate when the
Further, the inverter power increasing direction change
次に、チョッパ電力増加方向変化率制限手段21a,21bの構成及び動作を、図2を参照しつつ説明する。なお、上記制限手段21a,21bの構成は同一であるため、ここでは、チョッパユニット30a内のチョッパ電力増加方向変化率制限手段21aを例に挙げて説明する。
Next, the configuration and operation of the chopper power increasing direction change rate limiting means 21a and 21b will be described with reference to FIG. Since the configurations of the limiting
チョッパユニット30aがMPPT制御を行う場合は、図2に示すように、チョッパ入力電流Iinとチョッパ入力電圧Vinとを乗算手段301により乗算して入力電力Pinを求め、この入力電力Pinに応じて動作点制御手段6aがMPPT制御を行い、入力電圧指令Vin *を求める。この入力電圧指令Vin *とチョッパ入力電圧Vinとの偏差を減算手段302により求め、その偏差がゼロになるように電圧調節器303により入力電流指令(電力変化率制限前)Iin **を求め、チョッパ電力増加方向変化率制限手段21aに入力する。
If
チョッパ電力増加方向変化率制限手段21aでは、乗算手段211により入力電流指令(電力変化率制限前)Iin **とチョッパ入力電圧Vinとを乗算し、入力電力指令(電力変化率制限前)Pin **を求める。この入力電力指令(電力変化率制限前)Pin **に対し、増加方向変化率リミッタ212を介して電力変化率制限後の入力電力指令Pin *を求め、乗算手段214によりチョッパ入力電圧Vinの逆数(1/Vin)と乗算して電力変化率制限後の入力電流指令Iin *を求める。
ここで、指令保持手段213は、入力電力指令Pin *の前回演算値を保持しており、増加方向変化率リミッタ212は、入力電力指令Pin *の前回演算値に対する今回演算値の増加方向変化率が所定値を超えないように動作する。
In the chopper power increasing direction change rate restriction means 21a, the input current command by multiplying means 211 (before power change ratio limitation) by multiplying the I in ** the chopper input voltage V in, input power command (before power change ratio limitation) Find Pin ** . To the input power command (before power change rate limit) P in **, through the increasing direction change rate limiter 212 obtains the input power command P in * after power change rate limit, the chopper input voltage V by multiplying
Here, the command holding means 213 holds the last calculated value of the input power command P in *, increasing direction change rate limiter 212, the direction of increasing the current calculated value for the previously calculated value of the input power command P in * It operates so that the rate of change does not exceed a predetermined value.
次いで、乗算手段214から出力された入力電流指令Iin *とチョッパ入力電流Iinとの偏差を減算手段215により求め、この偏差がゼロになるように電流調節器216によりスイッチング制御手段304に対する電圧指令を生成する。スイッチング制御手段304は、上記電圧指令に基づいてチョッパ36のスイッチング素子31(図6を参照)に対するオン・オフ指令を出力し、チョッパ36の動作を制御する。
Next, the deviation between the input current command I in * output from the multiplication means 214 and the chopper input current I in is obtained by the subtraction means 215, and the voltage with respect to the switching control means 304 is obtained by the
以上の動作により、チョッパユニット30aがMPPT制御を行う太陽電池群2aについて、日射量が急増して出力電力が増加する場合にその変化率を制限することができる。
なお、日射量が急減して太陽電池群2aの出力電力が急減した場合には、その変化率を規定範囲に制限することができないため、出力電力の減少方向の変化率については制限しないこととする。
上述した動作は、他方のチョッパユニット30b内のチョッパ電力増加方向変化率制限手段21bについても同様である。
By the above operation, the rate of change of the
If the amount of solar radiation suddenly decreases and the output power of the
The above-mentioned operation is the same for the chopper power increasing direction change rate limiting means 21b in the
次に、インバータ40内のインバータ電力増加方向変化率制限手段22の動作を、図3を参照して説明する。
全てのチョッパユニット30a,30bがスルーモード動作してインバータ40がMPPT制御を行う場合には、図3に示すように、インバータ40の入力電流(太陽電池群2a,2bの出力電流の合計値)Idと入力電圧Eとを乗算手段401により乗算して入力電力PinINVを求め、この入力電力PinINVに応じて動作点制御手段8がMPPT制御を行って入力電圧指令E*を求める。
Next, the operation of the inverter power increasing direction change rate limiting means 22 in the
When all the
次いで、入力電圧指令E*とインバータ入力電圧Eとの偏差を減算手段402により求め、上記偏差がゼロになるように、電圧調節器403により有効電流指令(変化率制限前)IP **を求めてインバータ電力増加方向変化率制限手段22に入力する。
この有効電流指令(変化率制限前)IP **に対し、増加方向変化率リミッタ221を介して変化率制限後の有効電流指令IP *を求め、この有効電流指令IP *を電流調節器223に入力する。ここで、指令保持手段222は、有効電流指令IP *の前回演算値を保持しており、増加方向変化率リミッタ221は、有効電流指令IP *の前回演算値に対する今回演算値の増加方向変化率が所定値を超えないように動作する。
Next, the deviation between the input voltage command E * and the inverter input voltage E is obtained by the subtracting means 402, and the effective current command (before the rate of change limitation) IP ** is issued by the
For this effective current command (before the rate of change limitation) I P ** , the effective current command I P * after the rate of change is limited is obtained via the increase direction
電流調節器223では、有効電流指令IP *,無効電流指令IQ *と、インバータ出力電流Io中の有効電流成分、無効電流成分とのそれぞれの偏差がゼロになるように電圧指令を生成し、加算手段407に出力する。なお、PLL回路405は、インバータ出力電圧Voから位相基準信号を生成するためのものである。
The
加算手段407には、インバータ出力電圧Voを対向電圧補償手段406に入力して得た補償信号も入力されている。ここで、対向電圧補償手段406は、連系させる電力系統と同じ電圧をインバータ40から出力させるために、インバータ出力電圧Voに対して、リプル除去を目的とするバンドパスフィルタ演算や検出遅れを補正する位相進み補正を行うと共に出力電圧をソフトスタートさせるための演算等を行って上記補償信号を生成している。
スイッチング制御手段404は、対向電圧補償後の電圧指令に基づいてインバータ40のスイッチング素子に対するオン・オフ指令を生成し、インバータ40の動作を制御する。
The addition means 407, compensation signal is also inputted obtained by entering the inverter output voltage V o to the counter voltage compensation means 406. Here, the counter voltage compensation means 406, in order to output the same voltage as the electric power system to
The switching control means 404 controls the operation of the
以上の動作により、全てのチョッパユニット30a,30bがスルーモード動作してインバータ40がMPPT制御を行う際は、インバータ40が出力する有効電流を制御することで、太陽電池群2a,2bによる出力電力の増加方向の変化率を制限することができる。
なお、日射量が急減して太陽電池群2a,2bの出力電力が急減した場合には、その変化率を規定範囲に制限することができないため、出力電力の減少方向の変化率については制限しないこととする。
By the above operation, when all the
If the amount of solar radiation suddenly decreases and the output power of the
次に、インバータ電力急増抑制手段23の動作を、図4を参照しつつ説明する。
MPPT制御を行うチョッパユニットとスルーモード動作するチョッパユニットとが混在する場合、スルーモード動作するチョッパユニットでは、当該チョッパユニットに接続された太陽電池群の出力電力を制御することができない。言い換えれば、インバータ40内の動作点制御手段8が動作せず、これによってインバータ電力増加方向変化率制限手段22が動作しない場合には、太陽電池群の出力電力を制御することができない。
そこで、インバータ電力急増抑制手段23は、このような場合の日射量急増時における太陽電池群の出力電力の急増を抑制するためのものである。
Next, the operation of the inverter power rapid
When the chopper unit that performs MPPT control and the chopper unit that operates in the through mode coexist, the chopper unit that operates in the through mode cannot control the output power of the solar cell group connected to the chopper unit. In other words, if the operating point control means 8 in the
Therefore, the inverter power rapid
図4において、インバータ入力電圧Eとインバータ入力電流Idとを乗算手段231により乗算してインバータ入力電力PinINVを求め、このインバータ入力電力PinINVをインバータ入力電力急増判定手段232に入力する。インバータ入力電力急増判定手段232では、PinINVの変化率が「インバータ入力電力急増検知レベル」を超えた場合に、「インバータ入力電力急増フラグ」をオンにして出力する。
4, obtains an inverter input power P InINV by multiplying by the inverter input voltage E of the inverter input current I d and the multiplication means 231 and inputs the inverter input power P InINV the inverter input power
「インバータ入力電力急増フラグ」がオンになった場合には、切替手段233を「T」側に接続する。そして、後述する有効電流指令IP *の前回演算値(指令保持手段241の出力)を切替手段233から加算手段235、上限リミッタ236を介して上限リミッタ240の上限値として与える。また、「有効電流指令上限加算タイミング」ごとに切替手段234を「T」側に接続して「有効電流指令上限変化量加算値」を加算手段235に入力し、結果として上限リミッタ240の上限値を逐次増加させる。これにより、有効電流指令IP *の増加方向の変化を設定変化率以下に制限してインバータ40の入力電力(出力有効電力)の急増を防止することができる。
When the "inverter input power rapid increase flag" is turned on, the switching means 233 is connected to the "T" side. Then, the previously calculated value (output of the command holding means 241) of the effective current command IP * , which will be described later, is given as the upper limit value of the
なお、インバータ電力急増抑制手段23では、インバータ入力電圧指令E*とインバータ入力電圧Eとの偏差を減算手段238により求め、上記偏差がゼロになるように、電圧調節器239によって有効電流指令を演算しており、この有効電流指令は前述の上限リミッタ240により上限値が制限されて有効電流指令IP *として出力される。
In the inverter power rapid
電流調節器242では、図3の電流調節器223と同様に、有効電流指令IP *,無効電流指令IQ *と、インバータ出力電流Io中の有効電流成分、無効電流成分とのそれぞれの偏差に応じて電圧指令を生成し、加算手段407に出力する。なお、図4の電流調節器242の機能は図3に示した電流調節器223により兼用させても良い。
In the
加算手段407では、上記電圧指令に対向電圧補償手段406からの補償信号を加算してスイッチング制御手段404に出力する。スイッチング制御手段404は、加算手段407から出力される電圧指令に基づいてインバータ40のスイッチング素子に対するオン・オフ指令を出力し、インバータ40の動作を制御する。
上述した動作により、MPPT制御を行うチョッパユニットとスルーモード動作するチョッパユニットとが混在する場合でも、インバータ電力急増抑制手段23の動作によって日射量急増時における太陽電池群の出力電力の急増を抑制することができる。
The adding means 407 adds a compensation signal from the counter voltage compensating means 406 to the voltage command and outputs it to the switching control means 404. The switching control means 404 outputs an on / off command to the switching element of the
By the above-mentioned operation, even when the chopper unit that performs MPPT control and the chopper unit that operates in the through mode coexist, the operation of the inverter power rapid
以上説明したように、この実施形態によれば、チョッパユニット30a,30b内のチョッパ電力増加方向変化率制限手段21a,21b、インバータ40内のインバータ電力増加方向変化率制限手段22及びインバータ電力急増抑制手段23を設けたことにより、MPPT制御を行っている電力変換器において太陽電池群の出力電力の増加方向変化率を制限すると共に、MPPT制御を行うチョッパユニットとスルーモード動作するチョッパユニットとが混在する場合についても、インバータ40の出力有効電力の急増を抑制して系統周波数の変動を防止することができる。
As described above, according to this embodiment, the chopper power increasing direction change rate limiting means 21a and 21b in the
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではない。
例えば、太陽電池群、チョッパユニット、インバータの数については、太陽光発電システムの電力仕様に応じて適宜、変更可能である。また、実施形態では、チョッパユニットが、1つの太陽電池群に対して1つの短絡手段と1つのチョッパとによって構成される場合を想定しているが、太陽光発電システムの電力仕様に応じて、1つの太陽電池群に対して、1つの短絡手段と並列接続される複数のチョッパとにより構成しても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, the number of solar cell groups, chopper units, and inverters can be changed as appropriate according to the power specifications of the photovoltaic power generation system. Further, in the embodiment, it is assumed that the chopper unit is composed of one short-circuiting means and one chopper for one solar cell group, but depending on the power specifications of the photovoltaic power generation system, One solar cell group may be composed of one short-circuiting means and a plurality of choppers connected in parallel.
更に、チョッパやインバータの構成についても、従来から種々提供されている方式のものを太陽光発電システムの電力仕様に応じて適宜採用することができる。また、チョッパやインバータを構成する半導体スイッチング素子として、SiC(炭化ケイ素)や窒化ガリウム系材料、酸化ガリウム系材料、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体素子を用いて高周波スイッチングを行うことにより、電力変換器の小型化、低損失化を図っても良い。 Further, as for the configuration of the chopper and the inverter, various conventionally provided methods can be appropriately adopted according to the power specifications of the photovoltaic power generation system. Further, as a semiconductor switching element constituting a chopper or an inverter, high-frequency switching is performed using a power semiconductor element using a wide bandgap semiconductor such as SiC (silicon carbide), gallium nitride-based material, gallium oxide-based material, or diamond. As a result, the power converter may be downsized and the loss may be reduced.
2a,2b:太陽電池群
5:コンデンサ
6a,6b:第1の動作点制御手段
8:第2の動作点制御手段
21a,21b:チョッパ電力増加方向変化率制限手段
22:インバータ電力増加方向変化率制限手段
23:インバータ電力急増抑制手段
30a,30b:チョッパユニット
40:インバータ
211,214,231:乗算手段
212:増加方向変化率リミッタ
213,222,237,241:指令保持手段
215,238:減算手段
216,223,242:電流調節器
221:増加方向変化率リミッタ
232:インバータ入力電力急増判定手段
233,234:切替手段
235:加算手段
236,240:上限リミッタ
239:電圧調節器
301:乗算手段
302:減算手段
303:電圧調節器
304:スイッチング制御手段
401:乗算手段
402:減算手段
403:電圧調節器
404:スイッチング制御手段
405:PLL回路
406:対向電圧補償手段
407:加算手段
2a, 2b: Solar cell group 5:
Claims (5)
前記複数台のチョッパユニットの出力側に共通接続され、かつ、半導体スイッチング素子の動作により直流電圧を交流電圧に変換して電力系統と連系運転するインバータと、
前記チョッパユニットの出力電流をそれぞれ制御して当該チョッパユニットに接続された前記太陽電池群の動作点を最適化することにより、当該太陽電池群の出力電力を最大化するための第1の動作点制御手段と、
当該太陽電池群の出力電圧が前記インバータの所定の入力電圧を超えたときに当該チョッパユニットのスイッチング動作を停止して当該太陽電池群の出力電圧を前記インバータに直接出力するスルーモード動作を実行する機能と、
全ての前記チョッパユニットがスルーモード動作を行うときに前記インバータの入力電圧を制御して全ての前記太陽電池群の動作点を最適化することにより、全ての前記太陽電池群の合計出力電力を最大化するための第2の動作点制御手段と、
を備えた太陽光発電システムにおいて、
前記第1の動作点制御手段が動作している前記チョッパユニットの入力電力の増加方向の変化率を、所定値を超えないように制限する第1の変化率制限手段と、
前記第2の動作点制御手段の動作時に、前記インバータの入力電力の増加方向の変化率を、所定値を超えないように制限する第2の変化率制限手段と、
前記第2の変化率制限手段が動作しない時に、前記インバータの入力電力の増加方向の変化率が所定値を超えると前記インバータの入力電力の増加を抑制する電力急増抑制手段と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 A plurality of chopper units that are installed corresponding to a plurality of solar cell groups and that convert the DC output voltage of the solar cell group into a DC voltage of a predetermined size by the operation of a semiconductor switching element.
An inverter that is commonly connected to the output side of the plurality of chopper units and that converts DC voltage to AC voltage by the operation of semiconductor switching elements and operates in interconnection with the power system.
A first operating point for maximizing the output power of the solar cell group by controlling the output current of the chopper unit and optimizing the operating point of the solar cell group connected to the chopper unit. Control means and
When the output voltage of the solar cell group exceeds a predetermined input voltage of the inverter, the switching operation of the chopper unit is stopped and the through mode operation of directly outputting the output voltage of the solar cell group to the inverter is executed. Function and
By controlling the input voltage of the inverter and optimizing the operating points of all the solar cell groups when all the chopper units operate in the through mode, the total output power of all the solar cell groups is maximized. A second operating point control means for converting to
In a photovoltaic power generation system equipped with
A first change rate limiting means that limits the rate of change in the increasing direction of the input power of the chopper unit in which the first operating point control means is operating so as not to exceed a predetermined value .
When the second operating point control means is operated, the second change rate limiting means for limiting the rate of change in the increasing direction of the input power of the inverter so as not to exceed a predetermined value ,
When the rate of change in the increasing direction of the input power of the inverter exceeds a predetermined value when the second rate of change limiting means does not operate, the power rapid increase suppressing means for suppressing the increase in the input power of the inverter
A photovoltaic power generation system characterized by being equipped with.
前記第1の変化率制限手段は、
チョッパ入力電圧と前記第1の動作点制御手段により求めたチョッパ入力電圧指令とに基づいてチョッパ入力電力指令を生成する手段と、
前記チョッパ入力電力指令の増加方向の変化率が所定の増加方向変化率を超えないようにチョッパ入力電流指令を生成する手段と、
前記チョッパ入力電流指令及びチョッパ入力電流の偏差がゼロになるように前記チョッパユニットのスイッチング素子に対するオン・オフ指令を生成する手段と、を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 In the photovoltaic power generation system according to claim 1,
The first rate of change limiting means is
A means for generating a chopper input power command based on the chopper input voltage and the chopper input voltage command obtained by the first operating point control means, and
A means for generating a chopper input current command so that the rate of change in the increasing direction of the chopper input power command does not exceed a predetermined rate of change in the increasing direction, and
A photovoltaic power generation system including a means for generating an on / off command for a switching element of the chopper unit so that a deviation between the chopper input current command and the chopper input current becomes zero.
前記第2の変化率制限手段は、
インバータ入力電圧と前記第2の動作点制御手段により求めたインバータ入力電圧指令との偏差がゼロになるように第1の有効電流指令を生成する手段と、
前記第1の有効電流指令の増加方向変化率を、所定値を超えないように制限して第2の有効電流指令を生成する手段と、
前記第2の有効電流指令及び無効電流指令並びにインバータ出力電流を用いてインバータ出力電圧指令を生成し、前記インバータ出力電圧指令に基づいて前記インバータのスイッチング素子に対するオン・オフ指令を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 In the photovoltaic power generation system according to claim 1 or 2.
The second rate of change limiting means is
A means for generating a first effective current command so that the deviation between the inverter input voltage and the inverter input voltage command obtained by the second operating point control means becomes zero.
A means for generating the second effective current command by limiting the rate of change in the increasing direction of the first effective current command so as not to exceed a predetermined value.
A means for generating an inverter output voltage command using the second effective current command, an invalid current command, and an inverter output current, and generating an on / off command for the switching element of the inverter based on the inverter output voltage command.
A photovoltaic power generation system characterized by being equipped with.
前記電力急増抑制手段は、
前記インバータの入力電力の増加方向の変化率が所定の急増検知レベルを超えた時に、前記インバータの有効電流指令の前回演算値を上限値に設定すると共に、前記前回演算値に有効電流指令上限変化量加算値を逐次加算した値を新たな上限値として有効電流指令を生成する手段と、
当該有効電流指令及び無効電流指令並びにインバータ出力電流を用いてインバータ出力電圧指令を生成し、前記インバータ出力電圧指令に基づいて前記インバータのスイッチング素子に対するオン・オフ指令を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 In the photovoltaic power generation system according to any one of claims 1 to 3.
The power rapid increase suppressing means is
When the rate of change in the increasing direction of the input power of the inverter exceeds a predetermined rapid increase detection level, the previously calculated value of the effective current command of the inverter is set to the upper limit value, and the upper limit of the effective current command is changed to the previously calculated value. A means for generating an effective current command with the value obtained by sequentially adding the amount addition values as a new upper limit value,
A means for generating an inverter output voltage command using the effective current command, an invalid current command, and an inverter output current, and generating an on / off command for the switching element of the inverter based on the inverter output voltage command.
A photovoltaic power generation system characterized by being equipped with.
前記第1の動作点制御手段及び前記第1の変化率制限手段を前記チョッパユニット内に備えると共に、前記第2の動作点制御手段,前記第2の変化率制限手段及び前記電力急増抑制手段を前記インバータ内に備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 In the photovoltaic power generation system according to any one of claims 1 to 4.
The first operating point control means and the first change rate limiting means are provided in the chopper unit, and the second operating point control means, the second change rate limiting means, and the power rapid increase suppressing means are provided. A photovoltaic power generation system characterized in that it is provided in the inverter.
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