JP6888898B1 - Photovoltaic power control device - Google Patents
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Abstract
【課題】既存の太陽光発電装置を何ら改造することなく、無停電電源機能を有するとともに逆潮流防止機能を備えて電力制御を行うように改造可能な太陽光発電電力制御装置を得る。【解決手段】負荷40に交流出力を供給する給電ラインと、第2のトランス13の2次巻線に接続され電力変換を行う直列インバータ14と、給電ラインに接続され電力変換を行う並列コンバータ15と、直列インバータ14の直流側と並列コンバータ15の直流側の双方に接続された蓄電デバイス16と、を備えることで無停電電源部を構成する一方、負荷40に対して並列接続され、発電電力抑制制御機能を備える太陽光発電装置30と、太陽光発電装置30に生じる逆潮流の電流値を検出する電流検出器20と、逆潮流の電流値が0になるように直列インバータ14を制御して第2のトランス13の出力電圧を調整する直列インバータ制御部81と、を備える。【選択図】図11PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a photovoltaic power generation power control device which has an uninterruptible power supply function and can be modified to perform power control with a reverse power flow prevention function without modifying an existing photovoltaic power generation device. A power supply line that supplies an AC output to a load 40, a series inverter 14 that is connected to a secondary winding of a second transformer 13 to perform power conversion, and a parallel converter 15 that is connected to the power supply line and performs power conversion. A power storage device 16 connected to both the DC side of the series inverter 14 and the DC side of the parallel converter 15 is provided to form a non-disruptive power supply unit, while being connected in parallel to the load 40 to generate electric power. The solar power generation device 30 having a suppression control function, the current detector 20 for detecting the current value of the reverse power flow generated in the solar power generation device 30, and the series inverter 14 are controlled so that the current value of the reverse power flow becomes 0. A series inverter control unit 81 that adjusts the output voltage of the second transformer 13 is provided. [Selection diagram] FIG. 11
Description
本発明は太陽光発電電力制御装置に関し、特に太陽光発電において、交流入力側へ電力を逆潮流させることなく負荷が要求する分だけ発電する電力制御を行う太陽光発電電力制御装置に関する。 The present invention relates to a photovoltaic power generation control device, and particularly to a photovoltaic power generation power control device that controls power generation as much as a load requires without reverse power flow to the AC input side in photovoltaic power generation.
太陽光発電パネルを使用した電力供給システムは、例えば特許文献1に示す構造が提案されている。
この電力供給システム201は、図20に示すように、商用電力供給源205と太陽光発電システム203と電力貯蔵電池223を備え、太陽光発電システム203は太陽光発電パネル211と電力変換装置213を備えている。電力供給システム201は、電力切替器を備えることで、商用電力供給源205との間で逆潮流、電圧上昇を検知したときは、商用電力供給源205を解列して太陽光発電システム203から供給された余剰電力を電力貯蔵電池223に蓄電させ、商用電力供給源205の停電を検知したときは、商用電力供給源205を解列して太陽光発電システム203と電力貯蔵電池223から電力を負荷209に供給する。
As a power supply system using a photovoltaic power generation panel, for example, the structure shown in
As shown in FIG. 20, the
この電力供給システム201によれば、電力貯蔵装置により太陽光発電の電力を売電したり、余剰電力は電力貯蔵電池223へ蓄電したり、負荷209の電力が不足する場合は、太陽光発電の電力と電力貯蔵からの電力を足して負荷209へ電力を供給したり、深夜電力にて電力貯蔵電池223を充電することが行われる。
また、太陽光発電システム203から逆潮流が発生した場合、系統電圧が上昇した場合、停電が発生した場合においては、スイッチ241を開状態とすることで系統から太陽光発電システム203を切り離して負荷209への電力供給を制御することが考えられる。
According to the
In addition, when reverse power flow occurs from the photovoltaic
特許文献1に記載の電力供給システムによれば、太陽光発電システム203を自家消費型とする場合、太陽光発電システム203から商用系統(商用電力供給源205)側に逆潮流が発生した場合、スイッチ241の開閉によって逆潮流を制御することになるため、オン・オフ制御となるのでアナログ的なきめ細かな制御ができないという欠点が生じる。開閉動作によるスイッチの劣化も予測される。
また、系統の電圧上昇抑制のために、余剰電力が発生した場合は系統をスイッチ241で切り離し電力貯蔵電池223へ充電することになるが、電力貯蔵電池223が満充電になった場合においても系統電圧が高い場合であれば、太陽光発電は切り離されたままであり、負荷の消費電力が太陽光発電電力よりも大きくなった場合、余剰電力を消費する負荷がないため、スイッチ243をオフする必要がある。このため、太陽光発電装置(太陽光発電システム203)を自家消費型とすることはできない。また、太陽光発電電力の有効活用ができない。
According to the power supply system described in
Further, in order to suppress the voltage rise of the system, when surplus power is generated, the system is disconnected by the
また、負荷に交流入力を供給する場合、交流電源が正常である場合には交流電源から負荷に電力を供給し、交流電源に停電や瞬低などの異常が発生した場合には蓄電池に蓄積されている電力を負荷に供給する無停電電源装置が知られている(例えば、特許第6618210号公報参照)。 In addition, when supplying AC input to the load, if the AC power supply is normal, power is supplied to the load from the AC power supply, and if an abnormality such as a power failure or momentary drop occurs in the AC power supply, it is stored in the storage battery. A non-disruptive power supply device that supplies the current power to a load is known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6618210).
太陽光発電装置に無停電電源装置を使用する場合、停電時のバックアップに対応するため、負荷の前段に設置されることが行われる。すなわち、図21に示すように、商用電源50にACスイッチS1を介して接続された無停電電源装置10の入力側にACスイッチS2を介して太陽光発電装置30を接続する。太陽光発電装置30は、電力最大追従運転制御(Pmax制御)にて系統連系運転動作を行って系統ライン(給電ライン)へ電力を供給する。
商用電源50の正常運転時において、太陽光発電電力が負荷40の消費電力より上回った場合、その余剰電力は商用電源50へ逆潮流させて売電する。太陽光発電電力が負荷40の消費電力より下回った場合、その不足電力は商用電源50から供給される。
なお、従来の方式では太陽光発電装置側に逆潮流防止装置が付いてない場合、必ず商用系統側へ逆潮流するため、太陽光発電装置30を自家消費型とすることはできない。自家消費型とするためには、逆潮流を検出するとACスイッチS2をオン・オフする制御を行う必要がある。
When an uninterruptible power supply is used for the photovoltaic power generation device, it is installed in front of the load in order to support backup in the event of a power failure. That is, as shown in FIG. 21, the photovoltaic
When the photovoltaic power generation exceeds the power consumption of the
In the conventional method, if the photovoltaic power generation device side is not equipped with the reverse power flow prevention device, the reverse power flow always flows to the commercial system side, so that the photovoltaic
商用電源50が自然災害等で停電した場合、図22に示すように、ACスイッチS1及びACスイッチS2をオフにして太陽光発電装置30は系統ラインから切り離され、系統連系運転動作から自立運転動作に切り替わる。このとき、太陽光発電装置30の自立運転用コンセント31には電圧が供給されるが、系統連系運転は停止するため、ACスイッチS2の太陽光発電装置側には電圧を発生することができない。したがって、ACスイッチS1をオフしてその後ACスイッチS2をオンにしても太陽光発電装置30からは電力を負荷40へ供給することはできないので、無停電電源装置10から負荷40へ電力が供給されることになる。
すなわち、上述した接続構成において太陽光発電装置30に無停電電源装置10を使用する場合、ACスイッチS2をオフする必要があるため、太陽光発電装置30の有効使用を阻害していた。
When the
That is, when the uninterruptible
本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、既存の太陽光発電装置を何ら改造することなく、無停電電源機能を有するとともに逆潮流防止機能を備えて電力制御を行うように改造可能な太陽光発電電力制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and can be modified so as to have an uninterruptible power supply function and a reverse power flow prevention function to perform power control without modifying an existing photovoltaic power generation device. An object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation control device.
上記目的を達成するため本発明の請求項1に係る太陽光発電電力制御装置は、
一端側にスイッチング素子(12)を介して交流入力が供給され、他端側に1次巻線と2次巻線を備えた変圧器(第2のトランス13)を介して前記1次巻線から負荷(40)に交流出力を供給する給電ラインと、
前記変圧器(第2のトランス13)の2次巻線に接続され電力変換を行う直列インバータ(14)と、
前記給電ラインに接続され電力変換を行う並列コンバータ(15)と、
前記直列インバータ(14)の直流側と前記並列コンバータ(15)の直流側の双方に接続された蓄電デバイス(16)と、を備えることで無停電電源部(無停電電源装置10)を構成する一方、
前記変圧器(第2のトランス13)に接続される負荷(40)に対して並列接続され、発電電力抑制制御機能を備える太陽光発電部(太陽光発電装置30)と、
前記太陽光発電部(太陽光発電装置30)に生じる逆潮流の電流値を検出する電流検出器(20)と、
前記逆潮流の電流値が0になるように前記直列インバータ(14)を制御して前記変圧器(第2のトランス13)の出力電圧を調整する直列インバータ制御部(81)と、
を備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the photovoltaic power generation control device according to
An AC input is supplied to one end side via a switching element (12), and the primary winding is provided via a transformer (second transformer 13) having a primary winding and a secondary winding on the other end side. A power supply line that supplies AC output to the load (40) from
A series inverter (14) connected to the secondary winding of the transformer (second transformer 13) to perform power conversion, and
A parallel converter (15) connected to the power supply line and performing power conversion,
An uninterruptible power supply unit (uninterruptible power supply 10) is configured by including a power storage device (16) connected to both the DC side of the series inverter (14) and the DC side of the parallel converter (15). on the other hand,
A photovoltaic power generation unit (photovoltaic power generation device 30) that is connected in parallel to a load (40) connected to the transformer (second transformer 13) and has a power generation suppression control function.
A current detector (20) that detects the current value of reverse power flow generated in the photovoltaic power generation unit (photovoltaic power generation device 30), and a current detector (20).
A series inverter control unit (81) that controls the series inverter (14) so that the current value of the reverse power flow becomes 0 and adjusts the output voltage of the transformer (second transformer 13).
It is characterized by being equipped with.
請求項2は、請求項1の太陽光発電電力制御装置において、前記スイッチング素子(12)と前記変圧器(第2のトランス13)との間に第1の入力巻線と第2の入力巻線を有する別の変圧器(第1のトランス11)を接続し、前記並列コンバータ(15)は、前記別の変圧器(第1のトランス11)の第2の入力巻線に接続され、前記変圧器(第2のトランス13)は、前記別の変圧器(第1のトランス11)の漏れインダクタンスを有する出力巻線に接続されることを特徴としている。 The second aspect is the first input winding and the second input winding between the switching element (12) and the transformer (second transformer 13) in the solar power generation control device of the first aspect. Another transformer having a wire (first transformer 11) is connected, and the parallel converter (15) is connected to the second input winding of the other transformer (first transformer 11). The transformer (second transformer 13) is characterized in that it is connected to an output winding having a leakage inductance of the other transformer (first transformer 11).
請求項3は、請求項1の太陽光発電電力制御装置において、前記変圧器(第2のトランス13)の2次巻線に対して、前記直列インバータ(14)、前記並列コンバータ(15)、前記蓄電デバイス(16)をそれぞれ並列に接続して成ることを特徴としている。 A third aspect of the photovoltaic power generation control device according to the first aspect is the series inverter (14), the parallel converter (15), and the parallel converter (15) with respect to the secondary winding of the transformer (second transformer 13). It is characterized in that the power storage devices (16) are connected in parallel.
請求項4は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置において、前記電流検出器(20)は、前記スイッチング素子(12)に対して交流入力側に接続されることを特徴としている。
A fourth aspect of the present invention is the photovoltaic power generation control device according to any one of
請求項5は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置において、前記電流検出器(20)は、前記直列インバータ(14)の直流ラインと前記蓄電デバイス(16)の接続点より前記並列コンバータ(15)側に接続されることを特徴としている。
5. The solar power generation control device according to any one of
請求項6は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置において、前記スイッチング素子(12)は、逆並列接続された一対のサイリスタから構成されることを特徴としている。
A sixth aspect of the present invention is the photovoltaic power generation control device according to any one of
本発明の太陽光発電電力制御装置によれば、交流入力側へ逆潮流が発生した場合、電流検出器(20)によってその逆潮流電流を検出し、その検出量に応じて直列インバータ(14)が変圧器(第2のトランス13)に電圧を与えることによって負荷(40)に印加される電圧を上昇させ、太陽光発電部(太陽光発電装置30)の持つ発電電力抑制制御機能を働かせることにより発電電力を絞らせ、交流入力側へ電力を逆潮流させることなく負荷(40)が要求する分だけの発電をさせる自家消費型の太陽光発電装置を実現することができる。 According to the solar power generation control device of the present invention, when a reverse current flows to the AC input side, the reverse current is detected by the current detector (20), and the series inverter (14) is detected according to the detected amount. Raises the voltage applied to the load (40) by applying a voltage to the transformer (second transformer 13), and activates the generated power suppression control function of the solar power generation unit (solar power generation device 30). Therefore, it is possible to realize a self-consumption type solar power generation device that reduces the generated power and generates only the amount required by the load (40) without causing the power to flow backward to the AC input side.
また、無停電電源部(無停電電源装置10)を設けることで、直列インバータ(14)により交流入力が変動した場合でも負荷(40)に安定した電力を供給し、停電や瞬低が発生した場合においては、太陽光発電部(太陽光発電装置30)や並列コンバータ(15)により蓄電デバイス(16)に蓄積された電力を負荷(40)へ供給することができる。 Further, by providing the uninterruptible power supply unit (uninterruptible power supply 10), stable power is supplied to the load (40) even when the AC input fluctuates due to the series inverter (14), and a power failure or a momentary decrease occurs. In the case, the electric power stored in the power storage device (16) can be supplied to the load (40) by the photovoltaic power generation unit (photovoltaic power generation device 30) or the parallel converter (15).
本発明に係る太陽光発電電力制御装置の一実施形態の概要について、図1及び図2を参照して説明する。
本発明に係る太陽光発電電力制御装置は、商用電源50の給電ラインにACスイッチS1を介して接続された無停電電源装置(無停電電源部)10と、無停電電源装置10に対して接続される負荷40に対してACスイッチS2を介して並列に接続された太陽光発電装置(太陽光発電部)30を備えて構成されている。太陽光発電装置30は、図17の太陽光発電システム203と同様に、太陽光により発電する太陽光発電パネルと、所望の電力を供給する電力変換装置を備えた既存の太陽光発電装置から構成されている。
An outline of an embodiment of the photovoltaic power generation control device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The photovoltaic power generation power control device according to the present invention is connected to the uninterruptible power supply device (uninterruptible power supply unit) 10 connected to the power supply line of the
商用正常時には、図1に示すように、ACスイッチS1及びACスイッチS2をオンにすることで、太陽光発電装置30から負荷40への電力供給が行われる。また、負荷40への太陽光発電装置30からの電力供給が不足する場合には、商用電源50からの電力供給が行われる。
During normal commercial operation, as shown in FIG. 1, power is supplied from the photovoltaic
商用停電時には、図2に示すように、ACスイッチS1をオフにして給電ラインから商用電源50を切り離し、無停電電源装置10が電圧源となって商用電源50の代わり負荷40への電力供給を行う。無停電電源装置10の出力ラインに太陽光発電装置30を連系することによって、負荷40にも太陽光発電装置30の電力を無停電電源装置10の電力と併せて供給することができる。
また、太陽光発電装置30は自立運転用コンセント31を備えることで、自立運転用コンセント31に接続された負荷への電圧供給が可能となる。
At the time of a commercial power failure, as shown in FIG. 2, the AC switch S1 is turned off to disconnect the
Further, since the photovoltaic
無停電電源装置10は、商用電源正常時において交流入力側へ逆潮流が発生した場合に、逆潮流電流を検出することで負荷40への供給電力を制御して太陽光発電装置30の自家消費型での運転を可能としている。この機能を実現させるための無停電電源装置10の具体的な構成については後述する。
The
以下、本発明の太陽光発電電力制御装置に適用する無停電電源装置10の構成について、図3を参照しながら説明する。
この無停電電源装置10は、商用電源50の交流入力を負荷40への交流出力に調整する第1のトランス(変圧器)11及び第2のトランス(変圧器)13、商用電源50と第1のトランス11との間に介在されたスイッチング素子12、第2のトランス13の出力を制御する直列インバータ14、第1のトランス11への入力電力及び蓄電デバイス16への入力電力を双方向に制御する並列コンバータ15、太陽光発電装置30からの過剰電力を貯蔵する蓄電デバイス16、高周波成分を除去するローパスフィルタとなるLCフィルタ17、太陽光発電装置30からの逆潮流電流を検出する電流検出器20、交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段(図示せず)を備えて構成されている。
Hereinafter, the configuration of the uninterruptible
The non-disruptive
すなわち、給電ラインの一端側にはスイッチング素子12を介して商用電源50からの交流入力が供給され、給電ラインの他端側は第1のトランス(変圧器)11の入力巻線に接続され、第1のトランス(変圧器)11の出力巻線は、第2のトランス(変圧器)13の1次巻線を介して負荷40に接続され、負荷40に対して交流出力が供給されている。第2のトランス(変圧器)13の2次巻線には、直列インバータ14が接続されている。給電ラインに接続された第1のトランス11には、LCフィルタ17を介して並列コンバータ15が接続されている。
蓄電デバイス16は、直列インバータ14の直流側と並列コンバータ15の直流側の双方に接続されている。
That is, the AC input from the
The
また、太陽光発電装置30は、第2のトランス(変圧器)13に接続される負荷40に対して並列に接続されている。太陽光発電装置30は、発電電力抑制制御機能を備えている。
Further, the photovoltaic
直列インバータ14の入力側には直列インバータ制御部(図示せず)が接続され、太陽光発電装置30により逆潮流が給電ラインに発生した場合に、逆潮流の電流値が0になるように直列インバータ14を制御して第2のトランス(変圧器)13の出力電圧を調整するようになっている。直列インバータ制御部における制御の詳細は後述する。
A series inverter control unit (not shown) is connected to the input side of the
以上の構成により、商用電源50から給電ラインを介して第1のトランス11の入力側に交流入力が供給され、第1のトランス11の出力側から第2のトランス13の1次巻線を介して調整された交流出力が負荷40に供給される。
そして、商用電源50とスイッチング素子12との間には、給電ラインを流れる電流値を検出する電流検出器20が接続され、太陽光発電装置30に生じる逆潮流の電流値を検出可能なように構成されている。
With the above configuration, AC input is supplied from the
Then, a
第1のトランス11は、第1の入力巻線と第2の入力巻線と1つの出力巻線を同一の鉄心に配置することにより構成され、第1の入力巻線と出力巻線との間および第2の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ意図的に漏れインダクタンス1,2が設けられている。第1のトランス11の具体的構造については後述する。
The first transformer 11 is configured by arranging the first input winding, the second input winding, and one output winding on the same iron core, and is composed of the first input winding and the output winding.
スイッチング素子12は、逆並列接続された一対のサイリスタからなり、交流入力と第1のトランス11の第1の入力巻線との間に設けられる。このスイッチング素子12は、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、すなわち、交流入力の電圧が正常であるとき、オンにされ、交流入力の電圧が許容範囲内でなくなると、すなわち、交流入力の電圧が異常になると、オフにされる。
The switching
第2のトランス(変圧器)13は、1次巻線と2次巻線を有し、1次巻線は、第1のトランス11の出力巻線と負荷(交流出力側)との間に直列に接続され、2次巻線は、直列インバータ14の交流側に接続される。
The second transformer (transformer) 13 has a primary winding and a secondary winding, and the primary winding is between the output winding of the first transformer 11 and the load (AC output side). Connected in series, the secondary winding is connected to the AC side of the
直列インバータ14は、交流側が第2のトランス13の2次巻線に接続され、直流側が蓄電デバイス16に接続される。直列インバータ14は、商用電源50による交流入力の電圧変動に応じて第2のトランス13の電圧を上げたり下げたりするように制御することで、負荷電圧を一定に保つように動作する。
The AC side of the
並列コンバータ15は、交流側がLCフィルタ17を通して第1のトランス11の第2の入力巻線に接続され、直流側が蓄電デバイス16に接続される。並列コンバータ15は、双方向に電力を制御することができる。並列コンバータ15は、蓄電デバイス16の充電電流及び充電電圧を定格値に保つよう制御する。
In the
蓄電デバイス16は蓄電池で構成され、直列インバータ14の直流側と並列コンバータ15の直流側の双方に接続することでバックアップ動作時のエネルギー源となる。
The
LCフィルタ17は、並列コンバータ15の交流側と第1のトランス11の第2入力巻線との間に接続される。
The LC filter 17 is connected between the AC side of the
交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段は、交流入力の電圧が異常であるか否かを検出する。 The detecting means for detecting whether the voltage of the AC input is normal or abnormal detects whether or not the voltage of the AC input is abnormal.
次に、商用電源が正常な場合の太陽光発電電力制御装置の動作について、図4〜図6を参照して説明する。 Next, the operation of the photovoltaic power generation control device when the commercial power source is normal will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
交流入力の電圧が正常であるとき、スイッチング素子12をオンにする。これにより、交流入力の電力は、スイッチング素子12、第1のトランス11の第1の入力巻線と出力巻線、および第2のトランス13の1次巻線を通して負荷40に供給される。このとき、直列インバータ14は、第2のトランス13の1次巻線に生起される電圧を制御して、負荷40に印加される電圧を安定化させる。
When the voltage of the AC input is normal, the switching
交流入力の電力は、第1のトランス11の第1の入力巻線と第2の入力巻線、およびLCフィルタ17を通して並列コンバータ15に供給される。並列コンバータ15は、直流出力を生成し、蓄電デバイス16を充電する。
The AC input power is supplied to the
商用電源50が正常な状態において、太陽光発電装置30による発電電力が負荷40の消費電力より小さい場合のパワーフローを図4に示す。
この場合、太陽光発電の電力と交流入力の電力で負荷40へ電力を供給する。この時併せて、交流入力側から蓄電デバイス16を充電する。直列インバータ14は、負荷40に供給される負荷電圧を一定に保つように動作する。
FIG. 4 shows a power flow when the power generated by the photovoltaic
In this case, electric power is supplied to the
次に、太陽光発電装置30による発電電力が負荷40の消費電力より大きい場合のパワーフローを図5に示す。
この場合、太陽光発電の発電電力は負荷40へ供給されるとともに、第2のトランス13の1次側を通過して交流入力側へ流れようとする。このとき、第2のトランス13の1次側の巻線にかかる電圧が上昇するため、負荷40に印加される電圧も上昇する。このとき直列インバータ14は交流入力の電圧上昇分を第2のトランス13から吸収して負荷40に印加される電圧を安定化し、負荷40に供給される電力の増加分を直流電力に変換し蓄電デバイス(蓄電池)16を充電する。
Next, FIG. 5 shows a power flow when the power generated by the photovoltaic
In this case, the generated power of the photovoltaic power generation is supplied to the
次に、太陽光発電装置30による発電電力が負荷40の消費電力より大きく、蓄電デバイス16が必要とする充電電力以上に過剰な電力が発生した場合のパワーフローを図6に示す。
このとき、直列インバータ14は負荷電圧を一定に保つように制御を行っており、蓄電デバイス16の充電電力および過剰な電力は蓄電デバイス16側へ流れ込む。並列コンバータ15は蓄電デバイス16の充電電流及び充電電圧を定格値に保つように制御を行っており、蓄電デバイス16に対して過剰な電力が流れ込もうとすると、その過剰な電力は並列コンバータ15から第2の入力巻線及び第1の入力巻線を通過して交流入力側へ流れ込む(太陽光発電電力の逆潮流の発生)。
Next, FIG. 6 shows a power flow when the power generated by the photovoltaic
At this time, the
この逆潮流する電流は電流検出器20によって検出され、この検出値に応じて直列インバータ14は第2のトランス13の1次巻線の電圧を上げる動作を行う。
このとき、負荷40に印加される電圧も上昇する。負荷電圧が上昇することは、太陽光発電装置30の出力電圧も上昇することになり、太陽光発電装置30は自身が持つ発電抑制制御が働き、発電電力を絞り込む動作を行う(太陽光発電装置は系統電圧が上昇すると、系統電圧を下げようとする動作を行うため、自身の発電電力を絞り込む)。
逆潮流の電流検出値がゼロとなるように直列インバータ14の出力電圧の制御を行えば、太陽光発電装置30と直列インバータ(第1の電力変換装置)14とのシステム全体でフィードバック制御がかかることになり、逆潮流することなく太陽光発電の電力は自家消費とすることができる。
The reverse power flow current is detected by the
At this time, the voltage applied to the
If the output voltage of the
すなわち、電流検出器20を備えた無停電電源装置10によれば、電流検出器20が逆潮流電流を検出し、その検出量に応じて直列インバータ14が第2のトランス(変圧器)13に電圧を与えることによって負荷40に印加される電圧を上昇させ、太陽光発電装置30の持つ発電電力抑制制御機能を働かせることにより発電電力を絞らせ、交流入力側へ電力を逆潮流させることなく負荷40が要求する分だけの発電をさせる自家消費型の太陽光発電装置30とすることができる。
That is, according to the non-disruptive
次に、商用電源50が自然災害等で停電した場合の商用停電時における太陽光発電電力制御装置のパワーフローを図7及び図8に示す。
太陽光発電電力制御装置は、図7に示すように、停電が発生するとスイッチング素子12をオフにして交流入力を切り離す。そして、並列コンバータ15が交流入力との同期運転から自走運転に切り替わり電圧源として動作を行う。直列インバータ14は負荷電圧を一定に保つように制御を行う。太陽光発電電力が負荷消費電力より少ない場合は蓄電デバイス16からの電力で不足分を補う。
Next, FIGS. 7 and 8 show the power flow of the photovoltaic power generation control device at the time of a commercial power failure when the
As shown in FIG. 7, the photovoltaic power generation control device turns off the switching
商用停電時において太陽光発電装置30の発電電力が負荷電力より大きくなった場合のパワーフローを図8に示す。
このとき、余剰電力は直列インバータ14を通して蓄電デバイス16を充電するが、蓄電バイアス16が満充電になったとき、直列インバータ14が負荷電圧を上げるように制御を行う。これにより、太陽光発電装置30は自身の電力抑制制御が働き、太陽光発電電力量と負荷消費電力量は等しくなるようになる。その結果、従来例に比較して太陽光発電電力を有効に取り出せることができる。
FIG. 8 shows a power flow when the generated power of the photovoltaic
At this time, the surplus power charges the
次に、太陽光発電電力制御装置の別の実施形態を図9に示す。この例では、電流検出器20を給電ラインの交流入力側ではなくて、直列インバータ14の直流ラインと蓄電デバイス16との接続点よりも並列コンバータ15側に設置している。
Next, another embodiment of the photovoltaic power generation control device is shown in FIG. In this example, the
また、太陽光発電電力制御装置に適用可能な無停電電源装置10は、上述した例の他に図10−1に示すように、変圧器13の2次巻線に対して、直列インバータ14、並列コンバータ15、蓄電デバイス16をそれぞれ並列に接続し、給電ラインに入力リアクトルと直列インバータ14が接続された電力変換装置(特開2003−259567号公報参照)において、交流入力側に電流検出器20を接続した構成で実現できる。又は、並列コンバータ15と蓄電デバイス16間の直流ライン上に電流検出器20(点線で表示)を接続した構成でも良い。
Further, the
また、無停電電源装置10は,図10−2に示すように、変圧器13の2次巻線に対して、直列インバータ14、並列コンバータ15、蓄電デバイス16をそれぞれ並列に接続し、交流入力側の給電ラインに直列インバータ14と負荷側に並列コンバータ15とが接続された電力変換装置(特許第4304519号公報参照)において、交流入力側に電流検出器20を接続した構成で実現できる。又は、並列コンバータ15と蓄電デバイス16間の直流ライン上に電流検出器20(点線で表示)を接続した構成でも良い。
これらの太陽光発電電力制御装置において、直列インバータ14に対して、図3の太陽光発電電力制御装置と同様の制御を行えば、太陽光発電装置30に並列接続した負荷40に対して、図3と同様の動作を行わせることができる。
Further, in the non-disruptive
In these photovoltaic power generation control devices, if the
図11は、図3の無停電電源装置10を具現化した実施形態を示すブロック図である。図11において、図3と同一あるいは同等部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment embodying the uninterruptible
交流入力の電圧が正常であるとき、スイッチング素子12のサイリスタのゲートにオン信号を与え導通状態にする。これにより、交流入力の電力は、第1のトランス11の第1の入力巻線と出力巻線、および第2のトランス13の1次巻線(出力巻線)を通して負荷40に供給される。
When the voltage of the AC input is normal, an on signal is given to the gate of the thyristor of the switching
直列インバータ14は、負荷電圧検出器82の負荷電圧検出値Voを入力とする直列インバータ制御部81により、負荷電圧検出値Voが直列インバータ出力電圧指示値となるように、第2のトランスの2次巻線(入力巻線)に印加する電圧をフィードバック制御される。
In the
図12は、交流入力の電圧が正常であるときの直列インバータ制御部81による制御の一例を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing an example of control by the series
交流入力の電圧が正常であるとき、直列インバータ制御部81は、負荷電圧検出値Voと直列インバータ出力電圧指示値Vorefの差分を算出し、その差分によりPWM制御部91を制御する。
When the AC input voltage is normal, the series
PWM制御部91は、直列インバータ出力電圧指示値Vorefより負荷電圧検出値Voが低い場合、その不足分の電圧を第2のトランス13が加算し、直列インバータ出力電圧指示値Vorefより負荷電圧検出値Voが高い場合は、その過剰分の電圧を第2のトランス13が減算するようなパルス変調信号を生成し、直列インバータ14を駆動する。これにより、負荷40に印加される電圧が安定化される。
When the load voltage detection value Vo is lower than the series inverter output voltage instruction value Vo, the
図11に戻って、並列コンバータ制御部83は、交流入力1電圧検出器84の交流入力1電圧検出値Vi1、交流入力2電圧検出器85の交流入力2電圧検出値Vi2、直流電流検出器86の直流電流検出値Idc、直流電圧検出器87の直流電圧検出値Vdc、および並列コンバータ交流出力電圧検出器88の並列コンバータ交流出力電圧検出値Vacを入力として、並列コンバータ15を制御する。
Returning to FIG. 11, the parallel
逆潮流が発生した場合、この逆潮流する電流は電流検出器20によって検出されてVorefと比較されて、直列インバータ14の電圧指示値は高い値が選択(逆潮流検出値がゼロのときにVorefと同じ値になるように設定する)され、逆潮流検出値(Vgref)がVorefよりも高い場合は出力電圧指示値はVgrefに置き換えられて、逆潮流が防止することになる。
When reverse power flow occurs, this reverse power flow current is detected by the
図13は、交流入力の電圧が正常であるときの並列コンバータ制御部83による制御の一例を示すブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing an example of control by the parallel
交流入力の電圧が正常であるか否かを交流入力1電圧検出器84の交流入力1電圧検出値Vi1により検出する。したがって、並列コンバータ制御部83は、交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段としても機能する。
Whether or not the voltage of the AC input is normal is detected by the
交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ15は、蓄電デバイス16を定電流・定電圧充電する。この定電流・定電圧充電は、交流入力の電圧を検出し、その検出値をPLLに与えてPLL内部の基準正弦波が交流入力の電圧に同期するようにし、さらに、PLLに位相スライド指示値を与えて基準正弦波の位相を制御することにより実現することができる。
When the voltage of the AC input is normal, the
並列コンバータ15は、交流入力の電圧と同期をとりながら出力する交流電圧の位相を制御する。このとき、交流入力の電圧は、第1のトランス11の第1の入力巻線に印加されており、並列コンバータ15から第1のトランス11の第2の入力巻線に交流電圧が印加される。これにより、蓄電デバイス16が定電圧・定電流充電される。
The
具体的には、交流入力2電圧検出値Vi2をPLL101に入力する。PLL101は、PLL内部の基準正弦波を交流入力2電圧Vi2に同期させる。また、直流電流検出器86の直流電流検出値Idcと充電電流指示値Idcrefの差分を増幅した値と直流電圧検出器87の直流電圧検出値Vdcと充電電圧指示値Vdcfefの差分を増幅した値とを比較して小さい方の値を選択し、選択した値を位相スライド指示値としてPLL101に与える。
Specifically, the AC input 2 voltage detection value Vi2 is input to the
例えば、直流電流の検出値と充電電流指示値との差分を増幅した値と直流電圧の検出値
と充電電圧の指示値との差分を増幅した値の論理和(OR)求め、蓄電デバイス16の直流電圧が指示値よりも低く、蓄電デバイス16へ流れる直流電流が大きい場合には、直流電流の検出値と充電電流の指示値の差分を位相スライド指示値として選択し、蓄電デバイス16の充電電圧が指示値よりも高く、蓄電デバイス16へ流れる電流が小さい場合は、直流電圧の検出値と充電電圧の指示値の差分をスライド指示値として選択する。
For example, the logical sum (OR) of the value obtained by amplifying the difference between the detected value of the DC current and the indicated value of the charging current and the value obtained by amplifying the difference between the detected value of the DC voltage and the indicated value of the charging voltage is obtained, and the
PLL101は、交流入力の電圧と同期した基準正弦波の位相をスライド指示値により制御する。これにより、PLL101から交流入力の電圧と同期し、かつスライド指示値で指示された位相の基準正弦波が出力される。
The
また、並列コンバータ制御部83は、並列コンバータ15の出力電圧の実効値が交流入力の電圧の実効値となるように、並列コンバータ15を駆動する。この駆動のために、交流入力2電圧検出値Vi2および並列コンバータ出力電圧検出値Vacをそれぞれ実行値演算器102,103に入力してそれらの実効値を算出する。そして、交流入力2電圧検出値Vi2の実効値と並列コンバータ出力電圧検出値Vacの実行値の差分を増幅して乗算器104に入力し、PLL101から出力された基準正弦波と乗算する。PWM制御部106は、乗算器104の出力を入力としてパルス変調信号を生成し、並列コンバータ15を駆動する。
Further, the parallel
以上のようにして生成されたパルス変調信号で駆動される並列コンバータ15からの交流電圧を第1のトランス11の第2の入力巻線に印加することにより、蓄電デバイス16を定電圧・定電流充電することができる。また、交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ15の交流電圧の実効値は、交流入力の電圧の実効値に追従するので、交流入力の電圧が低下しても、スイッチング素子12へ流れる短絡電流は抑制される。
By applying the AC voltage from the
図14は、交流入力の電圧が異常になったときの並列コンバータ制御部83による制御の一例を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing an example of control by the parallel
交流入力の電圧が異常になったとき、第1のスイッチング素子12(図11)をオフにする。上述したように、並列コンバータ15は、蓄電デバイス16を充電する動作からバックアップ動作に切り替わる。
When the voltage of the AC input becomes abnormal, the first switching element 12 (FIG. 11) is turned off. As described above, the
並列コンバータ制御部83は、並列コンバータ交流出力電圧検出器89の並列コンバータ交流電圧検出値Vacと並列コンバータ交流出力電圧指示値Vacrefの差分を算出し、その差分によりPWM制御部105を制御する。PWM制御部105は、パルス変調信号を生成し、これにより並列コンバータ15を駆動する。これにより、並列コンバータ15は、並列コンバータ交流出力電圧Vacが並列コンバータ交流出力電圧指示値Vacrefとなるように、フィードバック制御される。
The parallel
蓄電デバイス16の電力は、並列コンバータ15、第1のトランス11の第2の入力巻線と出力巻線、および第2のトランス13の1次巻線を通して負荷に供給される。また、負荷に印加される電圧は、直列インバータ14および第2のトランス13により安定化される。
The power of the
このとき、第1のトランス11の第2の入力巻線から出力巻線および第1の入力巻線を通してスイッチング素子12へ流れる短絡電流は、第1のトランス11の第1の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス1および第2の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス2の双方により抑制される。
At this time, the short circuit current flowing from the second input winding of the first transformer 11 to the switching
以上の一連の動作により、交流入力の電圧が異常になったときでも、負荷には定格電圧が維持された完全に無瞬断の電力を供給することができる。 Through the above series of operations, even when the voltage of the AC input becomes abnormal, it is possible to supply the load with completely uninterrupted power at which the rated voltage is maintained.
図15は、本発明の太陽光発電電力制御装置に適用可能な無停電電源装置の第2の基本構成を示すブロック図である。 FIG. 15 is a block diagram showing a second basic configuration of an uninterruptible power supply device applicable to the photovoltaic power generation control device of the present invention.
図15の無停電電源装置が図3の無停電電源装置と異なるのは、充電器18が蓄電デバイス16を充電し、並列コンバータ15が片方向に電力を制御して蓄電デバイス16の電力を負荷に供給する点である。
The uninterruptible power supply of FIG. 15 is different from the uninterruptible power supply of FIG. 3 in that the
交流入力の電圧が正常であるとき、交流入力の電力は、スイッチング素子12、第1のトランス11の第1の入力巻線と出力巻線、および第2のトランス13の1次巻線を通して負荷に供給される。このとき、負荷に印加される電圧は、直列インバータ14および第2のトランス13により安定化される。また、このとき、蓄電デバイス16は、充電器18により定電圧・定電流充電される。
When the AC input voltage is normal, the AC input power is loaded through the switching
また、このとき、並列コンバータ15からLCフィルタ17を通して第1のトランス11の第2の入力巻線に交流電圧が印加される。並列コンバータ15は、交流入力と同期動作し、また、図16に示すように、LCフィルタ17のコンデンサの電圧の振幅値が第1のトランス11の第1の入力巻線に供給されている交流入力の電圧の振幅値と等しくなるように、電圧制御モードで動作する。
At this time, an AC voltage is applied from the
並列コンバータ15は、片方向に電力を制御するものであり、第1のトランス11の第2の入力巻線に印加される電圧の位相と振幅値を、交流入力により第1のトランス11の第1の入力巻線に印加されている電圧の位相と振幅値と位相に合わせるように動作する。したがって、並列コンバータ15は、蓄電デバイス16を充電しない。
The
交流入力の電圧が異常になったとき、スイッチング素子12をオフにして、バックアップ動作に切り替える。これにより、蓄電デバイス16の電力は、並列コンバータ15、第1のトランス1の第2の入力巻線と出力巻線、および第2のトランス13の1次巻線を通して負荷に供給される。
When the voltage of the AC input becomes abnormal, the switching
バックアップ動作へ切り替えられても、第1のトランス11の第2の入力巻線には、交流入力により第1のトランス11の第1の入力巻線に印加されている電圧の位相と振幅値と位相に合った交流電圧が、並列コンバータ15から予め印加されているので、負荷40には定格電圧が維持された完全に無瞬断の電力が供給される。このとき、負荷40に印加される電圧は、直列インバータ14および第2のトランス13により安定化される。
Even if the backup operation is switched to, the second input winding of the first transformer 11 has the phase and amplitude value of the voltage applied to the first input winding of the first transformer 11 by the AC input. Since an AC voltage matching the phase is applied in advance from the
交流入力の電圧が異常になっても、上記の一連の動作により、負荷40に印加される電圧を定格電圧に維持しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することができる。また、バックアック動作への切り替え時に、並列コンバータ15から第1のトランス11の第2の入力巻線、出力巻線および第1の入力巻線を通してスイッチング素子12へ流れる過電流は、第1のトランス11の第2の入力巻線から第1の入力巻線の間の漏れインダクタンス1,2により抑制される。
Even if the voltage of the AC input becomes abnormal, the above-mentioned series of operations can supply power to the load without interruption while maintaining the voltage applied to the
図17は、図15の無停電電源装置10を具現化した実施形態を示すブロック図である。図17において、図15と同一あるいは同等部分には同じ符号を付してある。
FIG. 17 is a block diagram showing an embodiment embodying the uninterruptible
交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ制御部143は、並列コンバータ15の交流電圧が交流入力の電圧に同期し、かつ並列コンバータ15の交流電圧の位相が交流入力の電圧の位相に合うように、並列コンバータ15を制御する。
When the AC input voltage is normal, the parallel
また、並列コンバータ制御部143は、直流電流検出器146の直流電流検出値Idcおよび直流電圧検出器147の直流電圧検出値Vdcを元にして、充電器18を制御する。充電器18は、蓄電デバイス16を定電流・定電圧充電する。直列インバータ14および第2のトランス13は、負荷40へ印加される電圧を安定化する。その動作は、図11の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
Further, the parallel
交流入力の電圧が異常になったとき、並列コンバータ15は、図11の実施形態と同様にバックアップ動作を行う。このとき、充電器18は動作を停止し、蓄電デバイス26を充電しない。
When the voltage of the AC input becomes abnormal, the
このように、並列コンバータ15は、交流入力が正常であるときに、蓄電デバイス16を充電せず、交流入力の電圧が異常になったときに、バックアップ動作を行う。また、バックアップ動作への切り替え時に、並列コンバータ15から第1のトランス11を通してスイッチング素子12へ流れる短絡電流は、第1のトランス11の第1の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス1および第2の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス2により抑制される。
As described above, the
上記実施形態は、単相機として構成された無停電電源装置であるが、無停電電源装置は、3相機として構成することもできる。 The above embodiment is an uninterruptible power supply configured as a single-phase machine, but the uninterruptible power supply can also be configured as a three-phase machine.
図18は、本発明の無停電電源装置を3相機とした場合の実施形態を示す。 FIG. 18 shows an embodiment when the uninterruptible power supply device of the present invention is a three-phase machine.
この実施形態は、図15に示される構成の無停電電源装置を3個用い、それらの第1のトランス11−1,11−2,11−3をΔ-Y結線したものである。なお、第1のトランスの結線は、Δ-Δ、Y−ΔあるいはY−Yでもよい。また、図3に示される構成の無停電電源装置を3個用いても3相機を構成することができる。 In this embodiment, three uninterruptible power supply devices having the configuration shown in FIG. 15 are used, and the first transformers 11-1, 11-2, and 11-3 are connected by Δ-Y. The connection of the first transformer may be Δ-Δ, Y-Δ, or YY. Further, a three-phase machine can also be configured by using three uninterruptible power supply devices having the configuration shown in FIG.
図19は、第1のトランス11(11−1,11−2,11−3)の具体的構成の一例を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing an example of a specific configuration of the first transformer 11 (11-1, 11-2, 11-3).
この例の第1のトランス11(11−1,11−2,11−3)は、第1の入力巻線162、第2の入力巻線163および出力巻線164を同一鉄心161に配置した構造を有する。鉄心161は、外周コアと中央コアを有し、第1の入力巻線162、第2の入力巻線163および出力巻線164は中央コアに巻回され、外周コアと第1の入力巻線および第2の入力巻線との間にはスペーサ165が配置される。
In the first transformer 11 (11-1, 11-2, 11-3) of this example, the first input winding 162, the second input winding 163, and the output winding 164 are arranged in the same iron core 161. Has a structure. The iron core 161 has an outer peripheral core and a central core, and the first input winding 162, the second input winding 163, and the output winding 164 are wound around the central core, and the outer peripheral core and the first input winding are wound. A
第1の入力巻線162は、出力巻線164の上に配置され、第2の入力巻線163は、出力巻線164の下に配置され、第1の入力巻線162と出力巻線164との間および出力巻線164と第2の入力巻線163との間にはそれぞれ、磁性体、例えばケイ素鋼板を積み重ね合わせてブロック状にした"パスコア"166が挿入される。これにより、第1の入力巻線162と出力巻線164との間および出力巻線164と第2の入力巻線163との間にそれぞれ意図的な漏れインダクタンス1が設けられる。
The first input winding 162 is located above the output winding 164 and the second input winding 163 is located below the output winding 164, with the first input winding 162 and the output winding 164. A "path core" 166 formed by stacking magnetic materials, for example, silicon steel plates, is inserted between the coil and the output winding 164 and the second input winding 163, respectively. As a result, an
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の範囲内で種々に変形されたものを含むものである。 Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, but includes various modifications within the scope of the technical idea of the invention described in the claims. ..
10…無停電電源装置(無停電電源部)
11…第1のトランス(別の変圧器)
12…スイッチング素子(サイリスタ)
13…第2のトランス(変圧器)
14…直列インバータ
15…並列コンバータ
16…蓄電デバイス(蓄電池)
17…LCフィルタ
18…充電器
20…電流検出器
30…太陽光発電装置(太陽光発電部)
31…自立運転用コンセント
40…負荷
50…商用電源
81…直列インバータ制御部
82…負荷電圧検出器
83…並列コンバータ制御部
84…交流入力1電圧検出器
85…交流入力2電圧検出器
86…直流電流検出器
87…直流電圧検出器
88…並列コンバータ交流出力電圧検出器
91…PWM制御部
101…PLL
102…実効値演算器
103…実効値演算器
104…乗算器
105…PWM制御部
161…鉄心
162…第1の入力巻線
163…第2の入力巻線
164…出力巻線
165…スペーサ
166…パスコア
10 ... Uninterruptible power supply (uninterruptible power supply)
11 ... First transformer (another transformer)
12 ... Switching element (thyristor)
13 ... Second transformer
14 ...
17 ...
31 ...
102 ...
Claims (6)
前記変圧器の2次巻線に接続され電力変換を行う直列インバータと、
前記給電ラインに接続され電力変換を行う並列コンバータと、
前記直列インバータの直流側と前記並列コンバータの直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、を備えることで無停電電源部を構成する一方、
前記変圧器に接続される負荷に対して並列接続され、発電電力抑制制御機能を備える太陽光発電部と、
前記太陽光発電部に生じる逆潮流の電流値を検出する電流検出器と、
前記逆潮流の電流値が0になるように前記直列インバータを制御して前記変圧器の出力電圧を調整する直列インバータ制御部と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電電力制御装置。 A power supply line in which an AC input is supplied to one end side via a switching element, and an AC output is supplied from the primary winding to a load via a transformer having a primary winding and a secondary winding on the other end side. When,
A series inverter that is connected to the secondary winding of the transformer and performs power conversion,
A parallel converter that is connected to the power supply line and performs power conversion,
An uninterruptible power supply unit is configured by providing a power storage device connected to both the DC side of the series inverter and the DC side of the parallel converter.
A photovoltaic power generation unit that is connected in parallel to the load connected to the transformer and has a power generation suppression control function.
A current detector that detects the current value of reverse power flow generated in the photovoltaic power generation unit, and
A series inverter control unit that controls the series inverter so that the current value of the reverse power flow becomes 0 and adjusts the output voltage of the transformer.
A photovoltaic power generation control device characterized by being equipped with.
前記並列コンバータは、前記別の変圧器の第2の入力巻線に接続され、
前記変圧器は、前記別の変圧器の漏れインダクタンスを有する出力巻線に接続された
請求項1に記載の太陽光発電電力制御装置。 Another transformer having a first input winding and a second input winding is connected between the switching element and the transformer.
The parallel converter is connected to the second input winding of the other transformer.
The photovoltaic power control device according to claim 1, wherein the transformer is connected to an output winding having a leakage inductance of the other transformer.
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