KR102186857B1 - 계통 연계 시스템, 그것에 사용하는 발전 컨트롤러, 및 그 운전 방법 - Google Patents

계통 연계 시스템, 그것에 사용하는 발전 컨트롤러, 및 그 운전 방법 Download PDF

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Abstract

계통 연계 시스템에 있어서, 변동하는 재생 가능 에너지의 입력에 대해 최적 효율 운전을 행하고, 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재한 파워 컨디셔너에 의해 계통 연계를 가능하게 한다. 동력 변환 기계에 의한 축동력을 영구 자석식 동기 발전기와 인버터에 의해 직류 전력으로 변환하여 파워 컨디셔너를 통해 상용 전원으로 역조류하는 계통 연계 시스템에 있어서, 인버터에 의해 발전 제어하는 발전 컨트롤러에 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 탑재하여 영구 자석식 동기 발전기의 회전수에 따른 발전 명령값을 생성하여 발전량 제어를 행함과 함께, 파워 컨디셔너는 직류 전압을 가변 제어하는 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하고, 발전 컨트롤러가 발전 명령값을 직류 전압에 따라 제한함으로써 최대 전력점 추종 제어에 의한 직류 전압의 변동 범위를 인버터가 동작 가능한 전압 범위 내로 유지한다.

Description

계통 연계 시스템, 그것에 사용하는 발전 컨트롤러, 및 그 운전 방법 {UTILITY GRID INTERCONNECTION SYSTEM, POWER GENERATION CONTROLLER USING THE SAME, AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은, 재생 가능 에너지를 입력으로 하고, 발전용 회전 전기 기기와 계통 연계용 파워 컨디셔너를 조합하여 분산 발전 시스템을 구축하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 미이용 물의 위치 에너지 등 재생 가능 에너지를 발전기에서 회수하고, 발전한 전력을 계통 연계 기능을 갖는 파워 컨디셔너에 의해 역조류하는 계통 연계 시스템의 경우, 변동하는 재생 가능 에너지의 입력에 대응하여 최대의 효율로 발전함과 함께, 안정된 직류 전력을 계통 연계용 파워 컨디셔너에 공급할 필요가 있다.
한편, 태양 전지에 의한 계통 연계 시스템은 널리 보급되어 있으며, 이들 태양광 발전용 파워 컨디셔너에는 태양 전지로부터의 입력으로 되는 직류부의 전압을 최대 전력이 얻어지도록 항상 바꾸는 제어를 행하는 최대 전력점 추종 제어(MPPT)의 기능이 탑재되어 있다.
변동하는 재생 가능 에너지의 입력에 대해서, 풍차나 수차 등 터빈의 변환 효율을 최대로 하기 위해서, 발전기를 인버터에 의해 가변속 제어하는 방법이 있으며, 특히 대형의 풍력 발전 시스템에서는 널리 채용되고 있다. 이 경우, 직류부의 전압이 파워 컨디셔너의 MPPT 기능에 의해 크게 변동되면 인버터의 운전 계속을 할 수 없다는 문제가 있다.
이 문제에 대해서는, 통상 파워 컨디셔너의 MPPT 기능을 정지시키는 등의 처치가 필요해진다.
또한, 소형 풍력 발전 및 소수력 발전에서는 시스템의 간이화를 위해 발전기에 삼상 교류 출력을 다이오드로 일단 직류로 변환한 후, 파워 컨디셔너에 접속하는 구성이 있다. 이 경우도, 태양광용 MPPT 제어를 의한 직류 전압의 변화가 그대로 발전기의 토크의 변화로 되어, 안정된 발전 운전의 계속 및 풍차 수차 등 터빈의 효율적인 이용이 어렵다.
또한, 파워 컨디셔너의 MPPT 기능을 정지시킨 경우도, 터빈의 최대 효율 운전점이 고정되기 때문에 입력 에너지의 변동에 대응할 수 없는 문제가 있다.
일부의 파워 컨디셔너에서는, 다이오드로 정류된 직류 전압을 터빈의 운전 상황에 맞춰서 승압, 강압함으로써 입력 에너지의 변동에 대응하는 것도 있다.
본 기술 분야의 배경으로서 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에서는, 직류 버스에 접속된 복수의 분산 전원 유닛이 계통 연계 유닛을 통해 계통으로 접속되는 계통 연계 시스템에 있어서, 직류 버스의 전압에 기초해 각 분산 전원 유닛의 발전 상태가 제어되는 분산 전원 시스템이 제안되어 있다.
일본 특허공개 제2003-339118호 공보
특허문헌 1에서의 계통 연계 유닛은, 최대 전력점 추종 제어를 상정하지 않는다.
본 발명의 목적은, 계통에 접속하여 발전한 전력을 계통 전원으로 역조류하는 계통 연계 시스템을 대상으로 하고, 변동하는 재생 가능 에너지의 입력에 대해 터빈 등의 최적 효율 운전을 행함과 동시에, 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재한 파워 컨디셔너에 의해 계통 연계를 가능하게 하는 재생 가능 에너지용 계통 연계 시스템, 그것에 사용하는 발전 컨트롤러, 및 그 운전 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 상기 배경 기술을 감안하여 그 일례를 들면, 동력 변환 기계에 의한 축동력을 영구 자석식 동기 발전기와 인버터에 의해 직류 전력으로 변환하여 파워 컨디셔너를 통해 상용 전원으로 역조류하는 계통 연계 시스템에 있어서, 인버터에 의해 발전 제어하는 발전 컨트롤러에 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 탑재하여 영구 자석식 동기 발전기의 회전수에 따른 발전 명령값을 생성하여 발전량 제어를 행함과 함께, 파워 컨디셔너는 직류 전압을 가변 제어하는 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하고, 발전 컨트롤러가 발전 명령값을 직류 전압에 따라서 제한함으로써 최대 전력점 추종 제어에 의한 직류 전압의 변동 범위를 인버터가 동작 가능한 전압 범위 내로 유지하도록 구성한다.
본 발명에 의하면, 널리 보급되어 있는 최대 전력점 추종 제어를 탑재한 태양광 발전용 파워 컨디셔너를 사용하여, 변동하는 재생 가능 에너지를 입력으로 하는 발전기에 의한 계통 연계 시스템, 거기에 사용하는 발전 컨트롤러, 및 그 운전 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 실시예 1에서의 계통 연계 시스템의 구성도이다.
도 2는, 실시예 1에서의 발전 컨트롤러의 발전 제어용 파워 커브를 나타내는 도면이다.
도 3은, 일반적인 태양광 발전에 의한 계통 연계 시스템의 구성도이다.
도 4는, 일반적인 태양 전지의 출력 대 전압의 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시예 1에서의 발전 컨트롤러의 발전 전력 제한 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시예 1에서의 발전 컨트롤러에 의한 발전 제어 처리의 흐름도이다.
도 7은, 실시예 1에서의 발전 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 8은, 실시예 2에서의 복수 대의 발전기에 의한 계통 연계 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 실시예에서의 계통 연계 시스템의 구성도이다. 도 1에 있어서, 재생 가능 에너지 등 변동이 있는 입력 에너지 PIN이 수차 등의 동력 변환 기계(401)를 사용하여 축동력으로 변환되고 영구 자석식 동기 발전기(4)에 입력된다. 영구 자석식 동기 발전기(4)는 인버터(6)로 발전 컨트롤러(5)에 의해 발전 제어됨으로써 직류 전력 PGEN을 발생하고, 직류 케이블부(8)에서 계통 연계용 파워 컨디셔너(2)에 전력을 공급한다. 파워 컨디셔너(2)는 직류 전력 PGEN을 상용 전원과 동등한 교류 전력으로 변환하여 발전 전력 PLOAD를 계통 전원(10)으로 역조류한다. 본 발전 시스템은 계통 전원에 접속하는 계통 연계 시스템으로 되어 있다.
일반적으로 재생 가능 에너지는 제어된 엔진 발전기 등과 비교하면 변동이 크다. 이 때문에, 입력 에너지 PIN의 변동에 대해서 동력 변환 기계(401)의 변환 효율을 최대로 인출하기 위해 또는 안정된 발전 운전을 계속하기 위해, 영구 자석식 동기 발전기(4)를 인버터(6)에 의해 가변속 제어하는 방법이 널리 알려져 있다.
도 2에 대표적인 수차 등 터빈의 발전 출력 P와 회전수 N의 관계를 정하는 파워 커브(501)를 나타낸다. 발전 컨트롤러(5)는 이 파워 커브(501)에 기초하여 영구 자석식 동기 발전기(4)에 대해서 발전량 제어를 행한다. 도 2에 있어서, 횡축은 수차 등의 동력 변환 기계(401) 또는 영구 자석식 동기 발전기(4)의 회전수를, 종축은 동력 변환 기계(401)가 회전수에 대해서 발생할 수 있는 축동력을 나타내고 있다.
발전 컨트롤러(5)는, 동력 변환 기계(401) 또는 영구 자석식 동기 발전기(4)의 회전수에 기초하여 동력 변환 기계(401)로부터 취출할 수 있는 최대의 동력 즉 발전량을 인버터(6)에 의해 영구 자석식 동기 발전기(4)로부터 출력하도록 제어하고 있다.
입력 PIN이 70％일 때, 파워 커브(501)로부터 취출할 수 있는 발전량은 P2로 되고 그때의 회전수는 N2로 된다.
즉, 발전 컨트롤러(5)는 발전 제어의 결과 회전수가 N2까지 저하되면 발전량PGEN을 70％까지 제한한다. 이 결과 입력 PIN과 PGEN이 균형을 이뤄 회전수가 N2의 상태에서 안정된다.
또한, 도 1의 시스템에 있어서 직류 케이블부의 전압 VDC는 파워 컨디셔너(2)에 의해 제어되어 있으므로, PGEN이 정격의 70％로 되는 직류 전류가 직류 케이블부(8)를 흐르게 된다.
이에 의해, 직류 케이블부(8)의 전압 VDC가 파워 컨디셔너(2)에 의해 변동되어도, 또한 입력 PIN이 변동되어도 항상 동력 변환 기계(401)의 파워 커브(501) 상의 동작점에서의 운전이 가능하다.
소규모의 발전 시스템에서는, 비용의 억제를 위해 사용하는 기기는 가능한 한 범용 제품을 채용하는 것이 바람직하다. 본 발전 시스템의 경우도 영구 자석식 동기 발전기(4)를 가변속 제어하는 인버터(6) 및 발전 컨트롤러(5)는 범용의 저압 인버터를 상정하고 있다. 그러나, 이들 범용 인버터 제품은 안정된 상용 전원의 공급이 전제로 되어 있으며, 다이오드에 의한 전파 정류 후의 내부 직류부 전압의 허용 범위에는 제약이 있다. 즉, 도 1의 직류 케이블부(8)의 직류 전압의 변동 범위는 인버터(6)의 직류부 전압 허용 변동 범위에 의해 제한된다.
도 3에 일반적인 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸다. 도 3에 있어서, 태양광의 일사가 입력 에너지 PIN으로 되고, 태양 전지 어레이(201)에서 직류 전력 PDC로 변환되어 직류 케이블부(8)를 경유하여 파워 컨디셔너(2)로 입력된다. 파워 컨디셔너(2)는 직류 전력 PDC를 상용 전원과 동등한 교류 전력으로 변환하여 발전 전력 PLOAD를 계통 전원(10)으로 역조류한다. 본 발전 시스템도 계통 전원에 접속하는 계통 연계 시스템으로 되어 있다.
태양 전지에는 도 4에 도시한 직류 전력 출력 PPV와 직류 전압 VDC의 특성이 있다. 도 4에 있어서, 변동하는 일사 강도 G에 의해 최대의 전력 PPV를 취출할 수 있는 직류 전압 VDC가 상이하기 때문에, 예를 들어 일사 강도가 G1일 때는 직류 전압을 V1로, 그 후 일사 강도가 증가해 G3이 된 경우에는, 직류 전압을 V3으로 이동시킬 필요가 있다.
이 제어는 도 3의 파워 컨디셔너(2)의 최대 전력점 추종 제어(MPPT)에 의해, 직류 케이블부(8)의 직류 전압 VDC를 제어함으로써 실현되어 있다.
일반적으로, 이 MPPT 제어는 어떤 시점 t1에서 PLOAD(at t1)를 검출하고, 그 후 직류 전압값을 1 내지 수 V 정도 증가 또는 감소시키는, 그 후 단시간 경과 후t1+Δt에 다시 PLOAD(at t1+Δt)를 검출하여 전회의 값과 비교함으로써, 다음에 직류 전압 증가시킬지 또는 감소시킬지를 판단하는 힐 클라임 방식이다. 이것을 계속함으로써, 도 4에 도시한 특성 커브(301 내지 303)의 최대 전력점 A 내지 C를 상시 탐색한다. 이 동작을 연속해서 실행함으로써 일사 강도 G의 변동에 추종시킨다.
바꿔 말하면, 태양광 발전용 파워 컨디셔너(2)는, 상시 최대 전력점을 탐색하기 위해 직류 케이블부(8)의 전압 VDC를 변동시키는 제어로 되어 있다.
여기서, 도 1의 발전 시스템을 저비용으로 실현하기 위해, 시장에 대량으로 제품이 투입되어 있는 태양광 발전용 파워 컨디셔너(2)를 적용하면, 탑재하고 있는 최대 전력점 추종 제어에 의해 직류 케이블부의 전압 VDC가 크게 변동된다.
특히 태양 전지의 특성상, 그 전압 범위는 0 내지 700VDC 또는 1000VDC 정도까지로 매우 넓기 때문에, 파워 컨디셔너(2)의 MPPT에 의한 직류 전압의 제어 범위도 예를 들어 150 내지 700VDC로 매우 넓다.
한편, 범용의 저압 인버터의 예로서 200VAC 수전용 인버터의 직류부 허용 전압 범위는 180 내지 380VDC 정도이고, 180VDC 이하로 되면 부족 전압 트립, 380VDC 도달로 과전압 트립이 발생한다. 모두 보호 동작으로 되기 때문에 인버터는 정지해버린다.
도 1의 인버터(6)도 직류 케이블부(8)의 전압이 상기 범위를 초과하면 트립이 발생하고, 영구 자석식 동기 발전기의 발전 제어가 정지하게 되어, 발전 시스템의 운전은 정지해버린다.
태양광 발전용 파워 컨디셔너(2)를 적용함으로써 발생하는 상기 문제에 대해서, 본 실시예에서는 발전 컨트롤러(5)에 의해 직류 케이블부(8)의 직류 전압 VDC를 모니터하고, 그 값에 의해 발전 출력 PGEN을 제한함으로써 파워 컨디셔너(2)에 대해서 직류 전압 VDC를 인버터(6)의 운전 가능 범위로 유지시키는 방법을 제안한다.
도 5에 본 실시예에서의 발전 컨트롤러(5)에 의한 발전 출력 자동 제한 특성을 나타낸다. 종축은, 정격 발전량에 대한 제한 비율값 Rp를 나타내고 있으며, 최대는 정격 발전량이 되는 100％이다. 횡축은 직류 케이블부(8)의 직류 전압 VDC이다. 이 그래프 위에 태양 전지의 임의의 일사 강도에서의 발전 전력 대 직류 전압의 예를 겹쳐 기재한 것이 태양 전지의 출력-전압 특성(102)이다. 예를 들어 태양 전지의 최대 전압은 700VDC 정도로 설정되어 있으며, 이것을 V5로 나타낸다. 태양광 발전용 파워 컨디셔너(2)에서는 최대 전력점 추종 제어에 의해 출력이 최대로 되는 전압 V4를 찾는 제어를 행한다.
본 실시예에서는, 이 파워 컨디셔너(2)의 최대 전력점 추종 제어를 이용하여, 인버터(6)가 운전 가능한 전압 범위로 직류 전압 VDC를 유지하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 5에 있어서, 인버터(6)의 허용 전압 범위는 하한을 부족 전압 보호 레벨VLV, 상한을 과전압 보호 레벨 VOV로 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 통상 V5에 대해서, VOV는 380VDC 정도로 매우 낮다. 또한, VLV도 180VDC 정도로 0V에 대해 높은 값으로 된다.
발전 컨트롤러(5)에 탑재하는 발전 출력의 자동 제한 특성(101)은, V1부터 V2의 사이는 발전 출력을 제한하지 않는 100％로 하고, V1을 하회하거나 또는 V2를 초과하면, 도면에 도시한 바와 같이 급격하게 발전 출력을 제한하는 사양으로 되어 있다. V1과 V2의 폭은, 인버터(6)의 운전 가능 범위로 설정한다.
예를 들어, 파워 컨디셔너(2)의 제어에 의해 직류 전압 VDC가 V1부터 Va로 감소하면, 발전 컨트롤러(5)는, 도 2의 파워 커브(501)에 기초하여, 출력하는 PGEN의 명령값에 대해서, Ra(0<Ra<1)을 곱한 값의 PGEN을 출력한다. 이에 의해, 파워 컨디셔너(2)에 대해서 직류 전압 VDC를 내리는 제어를 한 결과 발전 전력 PGEN이 감소하였음을 인식시켜, 최대 출력점 추종 제어에 의해 직류 전압 VDC를 다시 V1로 되돌리도록 유도하는 것이다.
마찬가지로 V2부터 Vb로 증가시킨 경우도, PGEN의 명령값에 대해서 Rb(0<Rb<1)을 곱해서 PGEN을 제한함으로써 V2로 되돌아가도록 유도한다.
이에 의해, 결과적으로 직류 전압 VDC는 거의 V1부터 V2의 범위로 유지되는 점에서, VLV 이상 VOV 미만으로 VDC를 유지할 수 있다.
다음으로, 발전 컨트롤러(5)에 의한 제어 플로우에 대하여 설명한다. 도 6에 제어의 전체 흐름을 나타낸다. 도 6에 있어서, 우선, 발전 컨트롤러(5)의 제어 전원이 상승되면, 도시하지 않은 초기화 처리로서, 파워 커브를 생성하기 위해 설정된 회전수 N과 발전 출력 P를 규정하는 파라미터로부터 보간식을 생성한다. 그리고, 스텝 702에서, 발전기의 회전이 시작되면 그 회전수를 검출하여, 상기 보간식을 이용함으로써 발전 명령값 P*를 산출한다. 다음으로 스텝 703에서, 직류 전압 VDC를 검출하고, 이 값에 기초하여 발전 명령값 P*의 제한 비율값 Rp를 구하고, 발전 명령값 P*에 승산함으로써 실제로 인버터(6)로 명령하는 발전 출력 명령값 P**를 산출한다. 그리고, 스텝 704에서 발전 출력 명령값 P**를 발전 제어로 설정한다.
제한 비율값 Rp의 직류 전압 Vdc와의 관계는, 도 5를 참조하여 하기와 같이 된다.
0<Vdc<V1의 범위: RP=R(소정값)
V1≤Vdc<V2에서는 RP=f1(VDC):(VDC의 함수)
V2≤Vdc<V3에서는 RP=f2(VDC):(VDC의 함수)
V3≤Vdc<OV에서는 RP=R(소정값)
으로 된다.
도 7은, 발전 컨트롤러(5)의 기능 블록을 나타낸 도면이다. 도 7에 있어서, 발전 컨트롤러(5)는, 영구 자석식 동기 발전기(4)에 의해 발전되는 삼상 교류 전력을 파워 컨디셔너(2)에 공급 가능한 직류 전력으로 변환하는, 인버터(6)를 제어한다. 이 인버터(6)의 제어는 마이크로프로세서인 발전기 제어 마이크로컴퓨터(50)에 의해 행해진다. 발전기 제어 마이크로컴퓨터(50)는, 영구 자석식 동기 발전기(4)의 상전류값을 검출하는 전류 센서(58)로부터 영구 자석식 동기 발전기(4)의 상전류를 검출하는 전류 검출부(57)와, 위치·속도 추정 연산부(56)와, 인버터(6)의 출력 전압값을 검출하는 PN 전압 검출부(55)와, 발전 전력 명령 생성부(54)와, 전압 명령 연산부(53)와, d/q 변환부(52)와, PWM 제어 펄스 생성부(51)를 구비하고 있다. 각 구성은, 일반적인 인버터 제어에서 알려져 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 인버터(6)는, 반도체 스위칭 소자를 갖고 있으며, 영구 자석식 동기 발전기(4)에 의해 발전되는 전력을, 반도체 스위칭 소자를 온/오프 제어함으로써 직류로 변환함과 함께, 그 직류 전압을 제어하고, 파워 컨디셔너(2)에 공급 가능한 직류 전력으로 변환한다. 발전기 제어 마이크로컴퓨터(50)는, 그 반도체 스위칭 소자를 온/오프 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 생성하고, 인버터(6)를 제어한다.
도 6의 제어 플로우와 도 7과의 관계로서, 702 스텝에서는 전류 검출부(57)에서 검출한 전류로부터 위치·속도 추정 연산부(56)에서 속도(회전수)를 추정하고, 그 회전수에 따른 발전 명령값을 발전 전력 명령 생성부(54)에서 산출한다. 703 스텝에서는 PN 전압 검출부(55)에서 검출한 PN 전압(직류 전압)으로부터 발전 명령값으로 제한을 건다. 704 스텝에서 발전 명령값을 전압 명령 연산부(53)에서 전압 명령으로 변환(연산)하여 설정한다.
도 6의 플로우를 상시 고속으로 반복함으로써, 입력 에너지 PIN의 변동 및 파워 컨디셔너(2)의 최대 출력점 추종 제어에 의한 직류 전압 VDC의 변화의 양쪽에 대응하고, 계속된 발전 시스템의 운전을 가능하게 하고 있다.
또한, 도 1에 있어서, 영구 자석식 동기 발전기(4)와 이것을 구동하는 인버터(6) 및 발전 컨트롤러(5)가 발전용 회전 전기 기기 조립체로 구성되어 있어도 된다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 발전 컨트롤러는, 직류 전력 출력부의 직류 전압값에 대한 제어 목표값을 설정하고, 발전 운전 중에는 항상 직류부의 전압을 목표값으로 유지하도록 발전기의 발전 전력을 제어한다. 또한 동시에 변동하는 입력 에너지에 대응하여 동력 변환 기계의 효율을 고려한 최적의 발전량 제어도 행한다.
또한, 접속하는 계통 연계용 파워 컨디셔너의 최대 전력점 추종 제어에 의해 직류부의 전압이 제어되는 것에 대응하고, 발전 컨트롤러가 운전 가능한 직류 전압 범위 내에 직류 전압을 유지시킬 목적으로, 태양 전지의 발전 전력 대 직류 전압 특성(PV 특성)을 의사적으로 재현한 직류 전압값에 기초하는 발전 전력의 제한을 발전 컨트롤러측에서 실시함으로써, 연속된 계통 연계 시스템의 운전을 가능하게 한다.
이에 의해, 널리 보급되어 있는 최대 전력점 추종 제어를 탑재한 태양광 발전용 파워 컨디셔너를 사용하여, 변동하는 재생 가능 에너지를 입력으로 하는 발전기에 의한 분산 발전 시스템을 용이하게 구축할 수 있다.
[실시예 2]
도 8은, 본 실시예에서의 복수 대의 발전기에 의한 계통 연계 시스템의 구성도이다. 도 8에 있어서, 도 1과 동일한 기능의 구성은 동일 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.
본 실시예에서는 발전 시스템을 직류 케이블부에서 복수 병렬 접속한 병렬 발전 시스템의 구성을 나타낸다. 본 구성예에서는 3세트의 발전 유닛을 나타내고 있지만, 각각의 입력 에너지의 종류, 동력 변환 기계의 종별, 발전기 및 인버터의 용량에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어 PIN1은 수력, PIN2는 풍력, PIN3은 증기 등이어도 된다.
본 시스템의 파워 컨디셔너(2)는 3세트의 최대의 합계 발전 전력에 대응할 수 있는 용량을 선정하면 된다.
단, 발전기측의 유닛 대수에 제한은 없지만, 직류 케이블부(8)의 직류 전압을 제어하는 파워 컨디셔너(2)는 1대로 하는 것이 바람직하다.
복수 대의 파워 컨디셔너를 접속하는 경우에는, 직류 전압 VDC를 제어하는 최대 출력점 추종 제어의 동작의 동기를 취할 필요가 있다.
또한, 직류 케이블부에 접속하는 모든 인버터의 직류부 허용 전압 범위는, 통일시킬 필요가 있다.
본 구성의 특징은, 3개의 독립된 입력 에너지 PIN1, PIN2, PIN3에 대해서 그들 동력 변환 기계(611, 621, 631)의 각각의 파워 커브를 발전 컨트롤러(615, 625, 635)로 설정함으로써 독립된 최적 효율 발전 제어를 행하는 것이 가능하다.
한편, 각각의 발전 컨트롤러는 직류 전력의 공급처로 되는 파워 컨디셔너(2)의 최대 전력 출력점 추종 제어에 대응하기 위해서, 모두 동일한 발전 출력 자동 제한 특성을 탑재하고 있다.
이에 의해 복수 대의 발전 컨트롤러가 공통의 직류 전압 VDC의 값에 기초하는 발전 전력 제한을 자율 분산적으로 행함으로써, 파워 컨디셔너(2)에 대해서 직류 케이블부(8)의 직류 전압 VDC가 각각의 인버터가 운전 가능한 전압 범위로 유지시키는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 복수 대의 발전기를 사용한 분산 발전 시스템의 경우에서도 각각의 발전 컨트롤러가 직류 전압값에 기초하여 각각의 발전 출력을 자율 분산적으로 제어함으로써, 불특정 다수의 발전기에 의한 대수 병렬 운전도 가능해진다.
또한, 직류부에 병렬 접속하는 발전 컨트롤러 및 계통 연계용 파워 컨디셔너에 대해서도, 그들의 접속 대수에 제한은 특별히 없으며 풍차, 수차 등 복수의 조합 및 복수의 파워 컨디셔너의 조합이 가능하다.
이상, 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 또한, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 대체하는 것이 가능하며, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가, 삭제, 대체를 하는 것도 가능하다.
2: 파워 컨디셔너
4, 614, 624, 634: 영구 자석식 동기 발전기
5, 615, 625, 635: 발전 컨트롤러
6, 616, 626, 636: 인버터
8: 직류 케이블부
10: 계통 전원
50: 발전기 제어 마이크로컴퓨터
101: 발전 출력 자동 제한 특성
102: 태양 전지의 출력-전압 특성
201: 태양 전지 어레이
301 내지 303: 일사 강도 G1 내지 3시의 태양 전지 PV 특성 커브
401, 611, 621, 631: 동력 변환 기계
501: 동력 변환 기계의 파워 커브

Claims (6)

  1. 동력 변환 기계에 의한 축동력을 영구 자석식 동기 발전기와 인버터에 의해 직류 전력으로 변환하여 파워 컨디셔너를 통해 상용 전원으로 역조류하는 계통 연계 시스템으로서,
    상기 영구 자석식 동기 발전기를 상기 인버터에 의해 발전 제어하는 발전 컨트롤러에 상기 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 탑재하여 상기 영구 자석식 동기 발전기의 회전수에 따른 발전 명령값을 생성하여 발전량 제어를 행함과 함께,
    상기 파워 컨디셔너는 직류 전압을 가변 제어하는 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하고,
    상기 발전 컨트롤러가 상기 발전 명령값에 상기 직류 전압에 기초한 제한 비율값을 승산하여, 상기 발전 명령값을 제한함으로써 상기 최대 전력점 추종 제어에 의한 상기 직류 전압의 변동 범위를 상기 인버터가 동작 가능한 전압 범위 내로 유지하는 기능을 탑재한 것을 특징으로 하는, 계통 연계 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동력 변환 기계와 상기 영구 자석식 동기 발전기와 상기 인버터와 상기 발전 컨트롤러를 복수 갖고, 각각에서 발전한 직류 전력을 하나의 직류부에 접속한 후, 상기 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하는 상기 파워 컨디셔너를 통해 계통 전원으로 합계 전력을 역조류하고,
    각 발전 컨트롤러는 접속된 각각의 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 독립하여 행함과 함께, 상기 직류부의 직류 전압값에 기초하는 발전량의 자동 제한 특성은 모든 발전 컨트롤러에서 동일한 것을 탑재하는 것을 특징으로 하는, 계통 연계 시스템.
  3. 동력 변환 기계에 의한 축동력을 영구 자석식 동기 발전기와 인버터에 의해 직류 전력으로 변환하여 파워 컨디셔너를 통해 상용 전원으로 역조류하는 계통 연계 시스템에서의 상기 영구 자석식 동기 발전기를 상기 인버터에 의해 발전 제어하는 발전 컨트롤러로서,
    상기 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 탑재하여 상기 영구 자석식 동기 발전기의 회전수에 따른 발전 명령값을 생성하여 발전량 제어를 행함과 함께,
    상기 파워 컨디셔너는 직류 전압을 가변 제어하는 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하고 있으며,
    상기 발전 명령값에 상기 직류 전압에 기초한 제한 비율값을 승산하여, 상기 발전 명령값을 제한함으로써 상기 최대 전력점 추종 제어에 의한 상기 직류 전압의 변동 범위를 상기 인버터가 동작 가능한 전압 범위 내로 유지하는 기능을 탑재한 것을 특징으로 하는, 발전 컨트롤러.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 계통 연계 시스템은, 상기 동력 변환 기계와 상기 영구 자석식 동기 발전기와 상기 인버터와 상기 발전 컨트롤러를 복수 갖고, 각각에서 발전한 직류 전력을 하나의 직류부에 접속한 후, 상기 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하는 상기 파워 컨디셔너를 통해 계통 전원으로 합계 전력을 역조류하고,
    각 발전 컨트롤러는 접속된 각각의 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 독립적으로 행함과 함께, 상기 직류부의 직류 전압값에 기초하는 발전량의 자동 제한 특성은 모든 발전 컨트롤러에서 동일한 것을 탑재하는 것을 특징으로 하는, 발전 컨트롤러.
  5. 동력 변환 기계에 의한 축동력을 영구 자석식 동기 발전기와 인버터에 의해 직류 전력으로 변환하여 파워 컨디셔너를 통해 상용 전원으로 역조류하는 계통 연계 시스템에서의 운전 방법으로서,
    상기 영구 자석식 동기 발전기를 상기 인버터에 의해 발전 제어하는 발전 컨트롤러에 상기 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 탑재하여 상기 영구 자석식 동기 발전기의 회전수에 따른 발전 명령값을 생성하여 발전량 제어를 행함과 함께,
    상기 파워 컨디셔너는 직류 전압을 가변 제어하는 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하고,
    상기 발전 컨트롤러가 상기 발전 명령값에 상기 직류 전압에 기초한 제한 비율값을 승산하여, 상기 발전 명령값을 제한함으로써 상기 최대 전력점 추종 제어에 의한 상기 직류 전압의 변동 범위를 상기 인버터가 동작 가능한 전압 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는, 운전 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 계통 연계 시스템은, 상기 동력 변환 기계와 상기 영구 자석식 동기 발전기와 상기 인버터와 상기 발전 컨트롤러를 복수 갖고, 각각에서 발전한 직류 전력을 하나의 직류부에 접속한 후, 상기 태양광 발전용 최대 전력점 추종 제어를 탑재하는 상기 파워 컨디셔너를 통해 계통 전원으로 합계 전력을 역조류하고,
    각 발전 컨트롤러는 접속된 각각의 동력 변환 기계의 파워 커브에 기초하는 발전 제어를 독립적으로 행함과 함께, 상기 직류부의 직류 전압값에 기초하는 발전량의 자동 제한 특성은 모든 발전 컨트롤러에서 동일하게 하는 것을 특징으로 하는, 운전 방법.
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