JP6834800B2 - パワーコンディショナ、ダブル発電システム、及び、ダブル発電システムの制御方法 - Google Patents
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Description
また、このようなダブル発電用に好適なパワーコンディショナとして、太陽光発電パネル及び蓄電池の2系統直流入力を接続することができるハイブリッド型のパワーコンディショナがある(例えば、特許文献3,4参照。)。
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
例えば過積載の太陽光発電パネルの発電電力がパワーコンディショナの入力上限に達した場合、太陽光発電パネルがさらに多くの発電電力をパワーコンディショナに入力できる可能性がある。しかし、入力上限は概ね出力上限と等しく、交流側には出力上限を超える電力を出力することができない。そこで、蓄電池を充電することによりDCバスの電力を消費すれば、その分、太陽光発電パネルから多くの直流電力を引き込むことができる。
以下、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ及びこれを含むダブル発電システム(その制御方法も含む。)について、図面を参照して説明する。
図1は、一般家庭のような小規模の需要家に設置されるダブル発電システム100の構成の一例を示す単線接続図である。図において、複数の直流電源と接続できるハイブリッド型のパワーコンディショナ1は、太陽光発電パネル2及び蓄電池3と接続されている。なお、図は簡素な例を示しているが、太陽光発電パネル2及び蓄電池3がそれぞれ複数系統あって、それらとパワーコンディショナ1とが接続される場合もある。蓄電池3は、電力用の大容量な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池である。
「PV_o」は、太陽光発電パネル2からパワーコンディショナ1へ出力する発電電力、言い換えれば、MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御によりパワーコンディショナ1が太陽光発電パネル2から引き出せる発電電力を表している。
「BT_o」は、蓄電池3がパワーコンディショナ1に出力する放電電力を表している。なお、符号がマイナスのときは充電電力になる。
「AC_o」は、パワーコンディショナ1から出て行く交流電力を表している。
「GR」は、商用電力系統5との系統連系による逆潮電力(売電電力)を表している。
「LD」は、負荷6による自家消費電力を表している。
まず、図1から図2では、太陽光発電パネル2の発電電力PV_oが3kWから4kWに増大した場合の例を示している。図2の場合、発電電力PV_o(4kW)と放電電力BT_o(2kW)の合計の入力電力はパワーコンディショナ1の入力上限となる。パワーコンディショナ1から交流側に出て行く電力AC_oも6kWであり、そのうち2kWは負荷6で消費され、残りの4kWが逆潮電力GRとなる。
ここまでは、通常のダブル発電の考え方である。
図6は、パワーコンディショナ1の内部回路の一例を示す図である。図において、まず主回路構成要素から説明する。直流側コンデンサ11は、太陽光発電パネル2からの入力に対して並列に接続されている。DCリアクトル12並びにスイッチング素子Q1及びQ2は、DC/DCコンバータCV1を構成している。DC/DCコンバータCV1は、DCバス15と接続されている。
PV_o=IPV×VPV ・・・(1)
として、制御部19における演算により求めることができる。なお、太陽光発電パネル2からDCバス15までの回路が複数組(=n組)ある場合は、以下のように求める。
PV_o=
(IPV1×VPV1)+(IPV2×VPV2)+・・・+(IPVn×VPVn)
・・・(1’)
BT_o=IBT×VBT ・・・(2)
として、制御部19における演算により求めることができる。なお、蓄電池3からDCバス15までの回路が複数組(=m組)ある場合は、以下のように求める。
BT_o=
(IBT1×VBT1)+(IBT2×VBT2)+・・・+(IBTm×VBTm)
・・・(2’)
LD=Puw−Puo−Pwo ・・・(3)
により求めることができる。
次に、蓄電池3の充放電に関する制御のアルゴリズムについて説明する。図7は、蓄電池3の充放電に関する制御のアルゴリズムを示すフローチャートの一例である。フローチャートの実行主体は制御部19である。
まず、図1の状態を、図7のフローチャートの処理に当てはめて説明する。
制御部19は、最初に発電電力PV_o及び自家消費電力LDを算出する(ステップS1)。図1の場合、PV_oは3kW、LDは2kWと算出される。続いて制御部19は、PV_o(=3kW)がパワーコンディショナ1の入力上限(=6kW)以上か否かを判定する(ステップS2)。
LD+PV_o>出力上限 ・・・(4)
となる。すなわち、発電電力PV_oと自家消費電力LDとの合計が、自己の出力上限を超えるか否かの判定をしていることになる。この判定は「No」となるので、制御部19は、放電電力BT_oを自家消費電力(=2kW)と同じ値、すなわち、2kWとする(ステップS6)。
次に、図2の状態を、図7のフローチャートの処理に当てはめて説明する。
制御部19は、最初に発電電力PV_o及び自家消費電力LDを算出する(ステップS1)。図2の場合、PV_oは4kW、LDは2kWと算出される。続いて制御部19は、PV_o(=4kW)がパワーコンディショナ1の入力上限(=6kW)以上か否かを判定する(ステップS2)。
次に、図3の状態を、図7のフローチャートの処理に当てはめて説明する。
制御部19は、最初に発電電力PV_o及び自家消費電力LDを算出する(ステップS1)。図3の場合、PV_oは5kW、LDは2kWと算出される。続いて制御部19は、PV_o(=5kW)がパワーコンディショナ1の入力上限(=6kW)以上か否かを判定する(ステップS2)。
次に、図4の状態を、図7のフローチャートの処理に当てはめて説明する。
制御部19は、最初に発電電力PV_o及び自家消費電力LDを算出する(ステップS1)。図4の場合、PV_oは6kW、LDは2kWと算出される。続いて制御部19は、PV_o(=6kW)がパワーコンディショナ1の入力上限(=6kW)以上か否かを判定する(ステップS2)。
次に、図5の状態を、図7のフローチャートの処理に当てはめて説明する。
制御部19は、最初に発電電力PV_o及び自家消費電力LDを算出する(ステップS1)。図5の場合、PV_oは7kW、LDは2kWと算出される。続いて制御部19は、PV_o(=7kW)がパワーコンディショナ1の入力上限(=6kW)以上か否かを判定する(ステップS2)。
以上のように、このパワーコンディショナ1の制御部19は、交流電路7の負荷6による自家消費電力LDを蓄電池3の放電によって賄いつつ、太陽光発電パネル2の発電電力PV_oを売電すること、すなわちダブル発電を基本制御動作とする。そして、制御部19は、式(4)で示したように、発電電力と自家消費電力との合計が、自己の出力上限を超える場合には、基本制御動作によらず、放電電力を抑制して発電電力を自家消費電力に充てる。
そこで、太陽光発電パネル2の発電電力がパワーコンディショナ1の入力上限に達した場合には、制御部19は、当該発電電力を用いて蓄電池3を充電する。こうして、蓄電池3を充電することによりDCバス15の電力を消費すれば、その分、太陽光発電パネル2から多くの直流電力を引き込むことができる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
2 太陽光発電パネル
3 蓄電池
4 分電盤
5 商用電力系統
6 負荷
7 交流電路
11 直流側コンデンサ
12 DCリアクトル
13 直流側コンデンサ
14 DCリアクトル
15 DCバス
16 中間コンデンサ
17 ACリアクトル
18 系統連系リレー
19 制御部
1a 電流センサ
1b 電圧センサ
1c 電流センサ
1d 電圧センサ
1e,1f,1g 電流センサ
1h,1j,1k 電圧センサ
100 ダブル発電システム
CV1,CV2 DC/DCコンバータ
INV インバータ
Claims (4)
- 商用電力系統と接続された需要家の交流電路と、太陽光発電パネル及び蓄電池を含む複数の直流電源との間に設けられるパワーコンディショナであって、
前記太陽光発電パネルと接続される第1のDC/DCコンバータと、
前記蓄電池と接続される第2のDC/DCコンバータと、
前記第1のDC/DCコンバータ及び前記第2のDC/DCコンバータに共通のDCバスと、
前記DCバスと前記交流電路との間に設けられたインバータと、
前記第1のDC/DCコンバータ、前記第2のDC/DCコンバータ、及び、前記インバータを制御し、前記交流電路の負荷による自家消費電力を前記蓄電池の放電によって賄いつつ、前記太陽光発電パネルの発電する電力を売電することを基本制御動作とする制御部と、を備え、
前記制御部は、前記太陽光発電パネルから引き出せる発電電力と前記自家消費電力との合計が、自己の出力上限を超える場合には、前記基本制御動作によらず、前記蓄電池の放電電力を抑制して前記発電電力を前記自家消費電力に充てる、パワーコンディショナ。 - 前記太陽光発電パネルから引き出せる発電電力が当該パワーコンディショナの入力上限に達した場合に、前記制御部は、当該発電電力を用いて前記蓄電池を充電する請求項1に記載のパワーコンディショナ。
- 商用電力系統と接続された需要家の交流電路と、
前記交流電路に接続された負荷と、
前記交流電路に接続され、前記商用電力系統と系統連系するパワーコンディショナと、
前記パワーコンディショナに接続された蓄電池と、
前記パワーコンディショナに接続され、前記パワーコンディショナ内で前記蓄電池とDCバスを共有する太陽光発電パネルと、を備え、
前記負荷による自家消費電力を前記蓄電池の放電によって賄いつつ、前記太陽光発電パネルの発電する電力を売電することを基本制御動作とするダブル発電システムであって、
前記パワーコンディショナは、前記太陽光発電パネルから引き出せる発電電力と前記自家消費電力との合計が、自己の出力上限を超える場合には、前記基本制御動作によらず、前記蓄電池の放電電力を抑制して前記発電電力を前記自家消費電力に充てる、ダブル発電システム。 - 太陽光発電パネルと蓄電池とを共通のパワーコンディショナに接続して交流電路に系統連系するダブル発電システムにおいて前記パワーコンディショナが実行するダブル発電システムの制御方法であって、
前記交流電路に接続された負荷による自家消費電力を前記蓄電池の放電によって賄いつつ、前記太陽光発電パネルの発電する電力を売電することを基本制御動作として実行し、
前記太陽光発電パネルから引き出せる発電電力と前記自家消費電力との合計が、前記パワーコンディショナの交流電力の出力上限を超える場合には、前記基本制御動作によらず、前記蓄電池の放電電力を抑制して前記発電電力を前記自家消費電力に充てる、ダブル発電システムの制御方法。
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