TW201334355A - 系統連繫用裝置 - Google Patents

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TW201334355A TW101142243A TW101142243A TW201334355A TW 201334355 A TW201334355 A TW 201334355A TW 101142243 A TW101142243 A TW 101142243A TW 101142243 A TW101142243 A TW 101142243A TW 201334355 A TW201334355 A TW 201334355A
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Toshiyuki Sawaguchi
Hidemasa Yamaguchi
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Abstract

本發明提供一種可與高壓或超高壓之系統連繫，以精實之構成防止在功率調節器與連繫點之間連接負載，且不存在功率因數滯後之系統連繫用裝置。本發明之系統連繫用裝置係將太陽能發電或風力發電之發電電力供給至既存之高壓電力系統者，其特徵在於包括：功率調節器，其包含將所發電之直流電力轉換成交流電力之換流器及電抗器；升壓變壓器，其將自上述功率調節器輸出之交流電力轉換成高壓電力；及斷路器，其配置於上述升壓變壓器與既存之高壓電力系統之間；且將上述功率調節器、升壓變壓器及斷路器配置於同一殼體內。

Description

系統連繫用裝置
本發明係關於一種將例如利用太陽能發電或風力發電等所獲得之可再生能量對既存之電力系統進行連繫供給之系統電源連繫用裝置。
近年來，在針對防止全球變暖之削減CO2之國際性對策等環境保全意識增強的背景下，太陽能發電系統或風力發電系統之普及逐步擴大。於太陽能發電系統中，太陽之光能係藉由太陽電池模組而轉換成直流電流，且該直流電流藉由功率調節器(power conditioner)之換流器(inverter)而轉換成交流電力。進而，為了根據使用之電壓進行升壓，而以使來自換流器之直流成分不流出至系統中之方式經由絕緣兼升壓變壓器進行低壓交流輸出。先前之剩餘電力購買制度係將該交流電力與各家庭或工廠之低壓系統(200 V~400 V)相連繫，超過自家消耗量之剩餘電力由電力公司購買之制度。
於專利文獻1(日本專利特開2010-273489號公報)中，記載有與低壓系統相連繫之構成。藉由換流器將來自太陽電池之直流電力轉換成交流電力，且藉由變壓器使經轉換之交流電力升壓至200 V~400 V，將該經升壓之交流電力供給至低壓之系統電源。又，於專利文獻1中，記載有將變壓器與換流器裝入同一殼體內而實現小型化之功率調節器。
又，於作為與先前之剩餘電力購買制度不同之新的購買制度的全量購買制度中，並非與各家庭或工廠之低壓系統相連繫，而係直接連接於電力公司之高壓或超高壓系統且進行發電電力全量之購買。
於直接利用上述專利文獻1所示之與低壓系統相連繫之構成而應用於上述全量購買制度之情形時，考慮圖4所示之構成。
於圖4中，由太陽電池模組1發電之直流之輸出電力係藉由功率調節器15之換流器3而轉換成交流電力，經由電抗器(reactor)4使波形成為正弦波，且藉由低壓變壓器18而升壓為低壓系統電壓。再者，該低壓變壓器18兼具與系統絕緣之作用。被升壓為低壓系統電壓之交流電力係通過電線5而供給至升壓變壓器26，藉由升壓變壓器26而升壓為高壓或超高壓。經升壓之高壓電力係經由切斷高壓之VCB(Vacuum Circuit Breaker，真空斷路器)7、開關高壓之DS(Disconnecting Switch，隔離開關)(斷路器)8、VCT(Voltage Current Transformer，電壓電流互感器)(電力供需用儀錶用變壓器)9、PAS(Pole Air Switch，柱上空氣開關)10而與高壓之電力系統11連繫。於VCT(電力供需用儀錶用變壓器)9上連接有電力量計12，測量對電力系統之供電電能。
此處，功率調節器15因包含需要空間之低壓變壓器18，故而收納於殼體16內，且升壓變壓器26及VCB(真空斷路器)7、DS(斷路器)8、VCT(電力供需用儀錶用變壓器)9係 收納於另一殼體17內，兩殼體16、17間以電線5連接。再者，於變壓器電容最大為300 kVA之設備中，亦存在無VCB(真空斷路器)7、DS(斷路器)8，取而代之使用未圖示之LBS(Load Break Switch，負載斷路開關)(空氣負載開關)之情形。又，亦存在VCT(電力供需用儀錶用變壓器)9與電力量計12未被收納於殼體17內之情形。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-273489號公報
如上所述，於直接利用專利文獻1所示之與低壓系統相連繫之構成而應用於上述全量購買制度之情形時，將所發電之直流電力轉換成交流電力之功率調節器之低壓系統之設備與收納自低壓變壓成高壓或超高壓之變壓器、或高低壓開關、斷路器、繼電器類、儀錶類等之高壓系統之變電設備係不同之設備且收納於不同之殼體中。因此，設備整體上較大型，又，各個設備中消耗之電力損耗或設備間之配線長度變長而導致損耗較大，而成為連繫點處之發電效率下降之主要原因。
又，為了使售出之電力之相位一致而將系統電力之相位提取至功率調節器，於低壓系統中由於系統電力位於靠近功率調節器之輸出之位置，故而處於易於提取之狀況。然而，於高壓系統中由於高壓之系統電力位於自功率調節器 分離之另一設備中，故而難以提取，又，要進行提取必需將電線纏繞得較長。進而，於將電線纏繞得較長之情形時，在功率調節器之輸出與系統之連繫點之間易於連接負載，尤其是於連接有旋轉機負載之情形時，因旋轉機之電抗器成分導致連繫點處之功率因數(Power factor)產生滯後而使損耗變大，從而功率因數1之運轉變得困難。
本發明鑒於上述先前技術之缺點，而提供一種可與高壓或超高壓之系統連繫且精實之構成之系統連繫用裝置。
又，提供一種藉由設為精實之構成，而防止在功率調節器與連繫點之間連接負載，且不存在功率因數滯後之系統連繫用裝置。
為了解決上述課題，本發明之系統連繫用裝置係將太陽能發電或風力發電之發電電力供給至既存之高壓電力系統者；其特徵在於包括：功率調節器，其包含將所發電之直流電力轉換成交流電力之換流器及電抗器；升壓變壓器，其將自上述功率調節器輸出之交流電力轉換成高壓電力；及斷路器，其配置於上述升壓變壓器與既存之高壓電力系統之間；且上述功率調節器、升壓變壓器及斷路器係配置於同一殼體內。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：進而於上述殼體內配置有連接於上述斷路器之高壓電力系統側之儀錶用變壓器與電力量計。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：上述功率調 節器係將換流器配置於上述殼體之近前上部側，將上述電抗器配置於上述殼體之裏側下部。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：上述殼體包含複數個箱體，且將上述功率調節器之換流器與上述電抗器配置於同一箱體內。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：將上述功率調節器與上述升壓變壓器於同一殼體內在空間上分離配置。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：上述殼體包含複數個箱體，且將上述功率調節器與上述升壓變壓器配置於個別之箱體內。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：將上述升壓變壓器與上述斷路器配置於同一箱體內。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：上述殼體包含複數個箱體，且將上述儀錶用變壓器與電力量計配置於同一箱體內。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：進而於殼體內包含電力相位檢測裝置，該電力相位檢測裝置檢測上述殼體內之高壓電力系統之電力相位並供給至上述功率調節器。
又，如上述系統連繫用裝置，其特徵在於：上述電力相位檢測裝置自上述斷路器之高壓電力系統側之電線檢測出電力相位。
根據本發明，可將向高壓系統之系統連繫用裝置精實地構成，且可抑制電力損耗而提高發電效率。又，可防止連繫點處之功率因數滯後。
以下，參照圖式對本發明之實施例進行說明。圖1係本實施例之系統連繫用裝置之構成例，且對與圖4相同之部分標註相同符號。
由太陽電池模組1發電之直流之輸出電力係藉由功率調節器2內之換流器3而轉換成交流電力，且經由電抗器4而轉換成波形成為正弦波之交流電力。交流電力係經由導體(電線)5而對升壓變壓器6供電。升壓變壓器6係將自功率調節器2輸出之低壓(例如200 V以下)之交流電力轉換成高壓(例如6.6 KV)或超高壓之變壓器，且亦發揮絕緣變壓器之功能。
藉由升壓變壓器6而升壓為高壓或超高壓之電力係經由電線19、斷路器(VCB：真空斷路器)7、DS(斷路器)8、自電力線提取電能信號之VCT(電力供需用儀錶用變壓器)9、PAS(柱上空氣開關)10而與電力系統11連繫。斷路器(VCB：真空斷路器)7係在高壓系統中發生短路或接地事故時，將升壓變壓器6與其連接電線自高壓系統切斷而進行保護。於VCT9上連接有電力量計12，測量對電力系統之供電電能(售出電能)。
在上述中，功率調節器2構成低壓系統之裝置，且自升壓變壓器6起由VCT9與電力量計12構成高壓系統之裝置。
電線中所消耗之電力損耗係電線長度越長則損耗越大，儘量縮短導體5可降低損耗。然而，功率調節器2一般由換流器3等電子零件構成，必需保護其不受灰塵、高濕度、高溫度之影響，相對於此，升壓變壓器6有時亦會於暴露於灰塵、高濕度、高溫度之屋外使用，使用條件不同，故而通常收納於不同之殼體內，因此難以縮短配線距離。尤其，由於功率調節器2與升壓變壓器6之發熱量均較大，故而若於收納於殼體中之情形時必需具備避免殼體內之溫度變成高溫之冷卻性能。
對此，於本實施例中將上述低壓系統與高壓系統之裝置收納於同一殼體內。即，於圖1中13為殼體，且收納有功率調節器2、導體5、升壓變壓器6、VCB7、DS8、VCT(電力供需用儀錶用變壓器)9及電力量計12。再者，於變壓器電容最大為300 KVA之裝置中，亦可代替VCB(真空斷路器)7、DS(斷路器)8而為進行線路之保護與開關之負載開關(LBS：空氣負載開關)。負載開關藉由內置之保險絲保護線路，且發揮斷路器與開關(斷路器)之作用。
再者，VCT(電路供需用儀錶用變壓器)9與電力量計12亦可不收納於殼體13中。
其次，使用圖2說明圖1之方塊圖之系統連繫用裝置之機器配置之安裝。圖2(a)係切去一部分而表示之前視圖，圖2(b)係切去一部分而表示之側視圖。殼體13係藉由連結長方體之複數個箱體13a~13c而構成。於各箱體之邊界上無壁，又，各箱體之外壁成為可開關之門構造，以便於維護 或設定時容易對各箱體個別地作業。
於右側之箱體13a內配置有功率調節器2，於與該箱體13a鄰接之箱體13b內配置有升壓變壓器6、VCB7及DS8，於進而鄰接之箱體13c內配置有VCT9、電力量計12。於箱體13a與箱體13b之上部設置有排氣扇14，藉由將自功率調節器2及升壓變壓器6產生之熱排出至殼體13之外部，而避免殼體內部變成高溫。於整體之發熱量較少時，亦可省略排氣扇14之一者。於此情形時，省略箱體13b之排氣扇14，而保留具有發熱量較大之功率調節器2所在之箱體13a之排氣扇14。
關於箱體13a，較理想為使換流器3位於箱體13之正面(前表面面板)之上部而配置，以便於維護或設定時作業人員易於進行作業，然而由於質量較大，故而重心升高，需考慮因地震時或輸送時之振動導致機器翻倒等問題。又，於換流器3中安裝有多數電子零件，必需保護其不受自電抗器4產生之熱之影響。
對此，將換流器3配置於箱體13a之近前(前表面)側上部，將電抗器4配置於裏側之下部底面且與換流器3分隔而配置，藉此於自電抗器4產生之熱向上方對流時避免換流器3之周圍變成高溫。又，藉由該配置亦可消除箱體13a之近前側與裏側之質量偏差，故而成為相對於震動較穩定之配置。
DS8懸掛配置於上方。作為發熱體之升壓變壓器6係藉由自功率調節器2分離地設置於箱體13a之隔壁，而使功率 調節器2與電抗器4之發熱不重疊。升壓變壓器6、VCB7及DS8係於同一箱體13b內接近配置，從而可縮短連接各部之電線，又，適合於發生短路或接地事故等時謀求保護連接該等3個機器之電線(例如圖1中連接升壓變壓器6與VCB7之電線係以19表示)與升壓變壓器6。
如此，將作為功率調節器2之主要熱源之換流器3與電抗器4以降低熱干擾之方式配置於箱體13a內，且，將同樣作為熱源之升壓變壓器6配置於箱體13b內且與功率調節器2在空間上分離配置，藉此可降低熱干擾，並且可精實地收納於同一殼體13內。藉此，可使連接各機器之間之電線儘可能短地連接，從而可降低電力損耗。
關於箱體13c，將自電力線提取電量之信號之VCT(電力供需用儀錶用變壓器)9、電力量計12懸掛設置於上方。電力量計12係接近於箱體13之前表面之面板而設置，以便易於觀察其顯示，於前表面面板上設置有電力量計12之顯示窗12a。
上述殼體13中，收納於箱體13a與13b中之機器係由售電側來管轄，並進行維護作業。又，收納於箱體13c中之機器係由電力公司管轄，並進行維護作業。
如上所述，根據本實施例，由於將低壓系統與高壓系統之裝置收納於同一殼體內，故而可縮小安裝面積，從而實現省空間化。在先前之裝置中，自功率調節器2至升壓變壓器26之配線係於現場進行，但如本實施例般，藉由將功率調節器2與升壓變壓器6收納於同一殼體13內，而能以預 先配線之狀態於現場安裝，可減少安裝時之配線連接作業工時。又，縮短連接各機器之電線或收納於同一殼體內，可減少作為導體之材料之銅或作為殼體之材料之鋼之使用量，而亦有助於省資源化。
又，如圖1所示，藉由設為將升壓變壓器6與功率調節器2裝入一個殼體內而構成之系統連繫用裝置，而無需先前之用以製作低壓系統電壓之低壓變壓器，可將經由功率調節器2之電抗器4之交流電力直接供電至升壓變壓器6，從而功率調節器部成為無變壓器式(transformerless)。低壓變壓器係其自身具有損耗者，藉由省略該變壓器而可減少損耗，從而可提高發電效率。
再者，上述低壓變壓器亦具有與系統絕緣之功能，由於無需上述低壓變壓器，故而設法由升壓變壓器6代為發揮該絕緣功能。
圖3係與複數個發電系統相對應之複數個功率調節器之電力相位之調整的方塊圖。對與圖1相同之部分標註相同之符號而表示。
在圖3中，20係連接、切斷複數個發電系統與升壓變壓器之開關，21係連接於VCB7與DS8之連接點、且檢測高壓系統之電力相位之電力相位檢測裝置。22係用以將自電力相位檢測裝置21輸出之相位通過閘極電路23反饋至換流器3之輸出相位調整裝置。換流器3產生與所檢測出之高壓系統之相位一致之相位之交流並供給至升壓變壓器6。
檢測該相位之VCB7與DS8之連接點係配置於殼體13內且 以不連接其他負載之方式進行管理，故而不會連接預期之外之負載。因此，自該連接點檢測出之反饋中產生功率因數滯後之情況較少，從而可更確實地實現受電點處之功率因數1。
又，由於VCB7與DS8之連接點係配置於與換流器3相同之殼體13內，故而可於殼體13內容易地提取高壓系統之連繫點(受電點、供給點)之相位信號。
再者，於變壓器電容最大為300 KVA之裝置中，使用進行線路之保護與開關之負載開關(LBS：空氣負載開關)代替VCB7、DS8，於此情形時，自負載開關之高壓系統側提取電力相位信號。
如以上所說明般，根據本實施例，於利用太陽能發電及風力發電之自然能量發電之系統連繫用裝置中，將使直流電源之直流電力轉換成交流電力之電力轉換電路、使經轉換之交流電力升壓為高壓商用電力之升壓變壓器、及高壓之切斷、開關機器裝入一個殼體內而構成，藉此能以精實來抑制電力損耗從而提高發電效率。又，可防止連繫點處之功率因數滯後。
1‧‧‧太陽電池模組
2‧‧‧功率調節器
3‧‧‧換流器(電力轉換電路)
4‧‧‧電抗器
5‧‧‧導體(電線)
6‧‧‧升壓變壓器
7‧‧‧VCB(真空斷路器)
8‧‧‧DS(斷路器)
9‧‧‧VCT(電力供需用儀錶用變壓器)
10‧‧‧PAS(柱上空氣開關)
11‧‧‧高壓電力系統
12‧‧‧電力量計
12a‧‧‧顯示窗
13‧‧‧殼體
13a‧‧‧箱體
13b‧‧‧箱體
13c‧‧‧箱體
14‧‧‧排氣扇
15‧‧‧功率調節器
16‧‧‧先前所考慮之功率調節器用殼體
17‧‧‧先前所考慮之系統連繫裝置用殼體
19‧‧‧電線
20‧‧‧開關
21‧‧‧電力相位檢測裝置
22‧‧‧輸出相位調整裝置
23‧‧‧閘極電路
26‧‧‧先前之低壓變壓器
圖1係表示本發明實施例之系統連繫用裝置之構成之方塊圖。
圖2(a)、(b)係相同之系統連繫用裝置之機器配置之安裝圖。
圖3係相同之功率調節器之電力相位之調整之方塊圖。
圖4係考慮利用有低壓之系統連繫用裝置之高壓之系統連繫用裝置之方塊構成圖。
1‧‧‧太陽電池模組
2‧‧‧功率調節器
3‧‧‧換流器
4‧‧‧電抗器
5‧‧‧導體(電線)
6‧‧‧升壓變壓器
7‧‧‧VCB(真空斷路器)
8‧‧‧DS(斷路器)
9‧‧‧VCT(電力供需用儀錶用變壓器)
10‧‧‧PAS(柱上空氣開關)
11‧‧‧高壓電力系統
12‧‧‧電力量計
13‧‧‧殼體
13a‧‧‧箱體
13b‧‧‧箱體
13c‧‧‧箱體
19‧‧‧電線

Claims (10)

  1. 一種系統連繫用裝置，其係將太陽能發電或風力發電之發電電力供給至既存之高壓電力系統者；其特徵在於包括：功率調節器，其包含將所發電之直流電力轉換成交流電力之換流器及電抗器；升壓變壓器，其將自上述功率調節器輸出之交流電力轉換成高壓電力；及斷路器，其配置於上述升壓變壓器與既存之高壓電力系統之間；且上述功率調節器、升壓變壓器及斷路器係配置於同一殼體內。
  2. 如請求項1之系統連繫用裝置，其中進而於上述殼體內配置有連接於上述斷路器之高壓電力系統側之儀錶用變壓器與電力量計。
  3. 如請求項1或2之系統連繫用裝置，其中上述功率調節器係將換流器配置於上述殼體之近前上部側，將上述電抗器配置於上述殼體之裏側下部。
  4. 如請求項3之系統連繫用裝置，其中上述殼體包含複數個箱體，且將上述功率調節器之換流器與上述電抗器配置於同一箱體內。
  5. 如請求項1至3中任一項之系統連繫用裝置，其中將上述功率調節器與上述升壓變壓器於同一殼體內在空間上分離配置。
  6. 如請求項5之系統連繫用裝置，其中上述殼體包含複數個箱體，且將上述功率調節器與上述升壓變壓器配置於個別之箱體內。
  7. 如請求項6之系統連繫用裝置，其中將上述升壓變壓器與上述斷路器配置於同一箱體內。
  8. 如請求項2之系統連繫用裝置，其中上述殼體包含複數個箱體，且將上述儀錶用變壓器與電力量計配置於同一箱體內。
  9. 如請求項1之系統連繫用裝置，其中進而於殼體內包含電力相位檢測裝置，該電力相位檢測裝置檢測上述殼體內之高壓電力系統之電力相位並供給至上述功率調節器。
  10. 如請求項9之系統連繫用裝置，其中上述電力相位檢測裝置自上述斷路器之高壓電力系統側之電線檢測電力相位。
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