TWI466406B - Solar power generation system and power supply system - Google Patents

Description

太陽光發電系統及供電系統

本發明之實施形態係關於太陽光發電系統及供電系統。

近年來，針對利用發電時不排出溫室效應氣體的再生可能能源的發電設備之設置，而實現電力供給系統之低碳化被進行檢討。火力發電等之發電系統比較，利用再生可能能源的發電存在著電力供給量之控制困難問題，而被期待能實現穩定的電力供給。

例如，太陽光發電基於日射量而使其發電量產生長時間之變動或短時間之變動，因此，和火力發電等之發電系統比較難以實現穩定的電力供給。欲解決此，於習知太陽光發電系統，係組合以蓄電池為代表的電力貯藏裝置，而將太陽光發電模組和蓄電池之有效電力之合計控制於一定的發電系統，或抑制太陽光發電輸出之短時間變動的方法被提案。

〔習知技術文獻〕 〔專利文獻〕

[專利文獻1]特開2007-318833號公報

但是，火力發電等之同步發電機基於潛在性具備抑制系統頻率變動之作用，進而具備調速機，在系統頻率變動時對其施加抑制而調整發電量，有助於系統頻率之穩定化，相對於此，組合太陽光發電模組與電力貯藏裝置而成的習知太陽光發電系統，在系統頻率變動時同步發電機不具備上述頻率調整作用，被大量導入電力系統時系統頻率之穩定化變為困難乃可預料者。

另外，包含對系統頻率變動之抑制作用在內的同步發電機之動作特性，係對應於個別發電機固有者，因此即使連接的系統之狀況變化時亦無法改變特性，因此未必能對應於電力系統之運轉狀況等而設為最佳之動作。

本發明有鑑於上述事情，目的在於提供能對應於電力系統之運轉狀態而進行穩定的電力供給的太陽光發電系統及供電系統。

實施形態之太陽光發電系統，係具備：電力轉換部，用於將包含太陽電池的直流電源之直流電力轉換為交流電力而供給至電力系統；電壓檢測部，用於檢測電力系統與上述電力轉換裝置之間之連接點電壓；電流檢測部，用於檢測上述電力轉換裝置之輸出電流； 有效電力檢測部，係由電壓檢測部及電流檢測部之輸出獲得有效電力；系統狀態檢測部，用於檢測上述電力系統內之電力供給狀態或上述電力系統所包含機器之運轉狀 態，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出；有效電力設定部，係被輸入來自上述系統狀態檢測部所輸出的上述位準檢測信號，依據上述位準檢測信號針對事先設定的第1值與第2值進行切換而作為有效電力設定值予以輸出；質點系運算部，係依據上述有效電力檢測部之輸出、有效電力設定部之輸出、以及系統狀態檢測部之輸出，針對上述電力轉換裝置之輸出電壓之角頻率進行運算；及電氣特性運算部，係依據上述角頻率、電流檢測部所檢測的電流值、以及設定電壓值，針對上述電力轉換裝置之輸出電壓目標值進行運算；依據上述輸出電壓目標值進行上述電力轉換裝置之輸出電壓之控制。

實施形態之供電系統，係具備：電力轉換部，用於將直流電源之直流電力轉換為交流電力而供給至電力系統；電壓檢測部，用於檢測電力系統與上述電力轉換部之間之連接點電壓；電流檢測部，用於檢測上述電力轉換部之輸出電流；有效電力檢測部，係由電壓檢測部及電流檢測部之輸出獲得有效電力；系統狀態檢測部，用於檢測上述電力系統內之電力供給狀態或上述電力系統所包含機器之運轉狀態，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出；有效電力設定部，用於輸出有效電力設定值；質點系運算部，係依據上述有效電力檢測部之輸出、上述有效電力設定值、以及上述系統狀態檢測部之輸出，針對上述電力轉換部之輸出電壓之角頻率進行運算；電氣特性運算部，係依據上述角頻率、電流檢測部所檢測的電流值、以及設定 電壓值，針對上述電力轉換部之輸出電壓目標值進行運算；及切換手段與常數切換手段之其中至少一方，該切換手段，係依據上述位準檢測信號將上述有效電力設定值切換為事先設定的第1值或第2值，該常數切換手段，係依據上述位準檢測信號，針對上述各頻率之運算使用的常數與上述輸出電壓目標值之運算使用的常數之其中至少一方進行切換；依據上述輸出電壓目標值進行上述電力轉換部之輸出電壓之控制。

以下，參照圖面說明實施形態。

圖1A係表示第1實施形態之太陽光發電系統之一構成例。本實施形態之太陽光發電系統係具備：將太陽電池1及蓄電池2所輸出的直流電力轉換為交流電力並輸出的電力轉換裝置3；電壓檢測部6；電流檢測部7；有效電力檢測部8；送電線潮流檢測部9；位準檢測器10；電力轉換控制部16；及發電機特性運算裝置100。

電力轉換裝置3，係介由器平滑電抗器4連接於電力系統5，將交流電力輸出至電力系統5。電壓檢測部6，係設於平滑電抗器4與電力系統5之連接點a，用於檢測連接點a之連接點電壓Va。電流檢測部7，係串聯連接於電力系統5與電力轉換裝置3之間，用於檢測電力轉換裝置3所輸出的輸出電流Ia。有效電力檢測部8，係將電壓檢測部6所輸出的連接點電壓Va及電流檢測部7所輸出的 輸出電流Ia予以輸入，而對發電機特性運算裝置100輸出有效電力Pe。

送電線潮流檢測部9，係檢測流入包含於電力系統5的送電線51(圖2所示)之電力、亦即送電線潮流PL，而供給至位準檢測器10。位準檢測器10，係檢測送電線潮流PL是否超出一定範圍，而將對應於檢測結果的位準檢測信號輸出至發電機特性運算裝置100。

本實施形態中，送電線潮流檢測部9及位準檢測器10係相當於系統狀態檢測部，用於檢測電力系統5內之電力供給狀態或電力系統5所包含的機器之運轉狀態，而輸出對應於檢測結果的位準檢測信號。又，送電線潮流檢測部9，亦可檢測流入電力系統5內之送電線51的電流。此情況下，位準檢測器10係對所檢測的電流是否超出一定範圍進行檢測。

發電機特性運算裝置100，係具備：有效電力設定部11，質點系運算部12，機械輸出運算部13，電壓設定部14，及電氣特性運算部15。

有效電力設定部11係受信位準檢測器10所輸出的位準檢測信號，而將有效電力設定值Pref輸出至機械輸出運算部13。

機械輸出運算部13，係受信：有效電力設定部11所輸出的有效電力設定值Pref，位準檢測器10所輸出的位準檢測信號，及質點系運算部12所輸出的角頻率ω。機械輸出運算部13係將機械轉矩Tm輸出至質點系運算部 12。

質點系運算部12，係受信：機械輸出運算部13所輸出的機械轉矩Tm，位準檢測器10所輸出的位準檢測信號，及有效電力檢測部8所檢測的有效電力Pe。質點系運算部12，係將各頻率ω輸出至機械輸出運算部13及電氣特性運算部15。

電壓設定部14，係輸出事先設定的電壓設定值Vref。

電氣特性運算部15，係受信：位準檢測器10所輸出的位準檢測信號，電壓檢測部6所檢測的連接點電壓Va，電流檢測部7所檢測的輸出電流Ia，質點系運算部12所輸出的角頻率ω，及電壓設定部14所輸出的電壓設定值Vref。電氣特性運算部15，係將輸出電壓目標Ec輸出至電力轉換控制部16。

電力轉換控制部16，係以發電機特性運算裝置100之輸出、亦即電氣特性運算部15所輸出的輸出電壓目標Ec作為輸入，而已達成輸出電壓目標Ec的方式對電力轉換裝置3進行控制。

圖2係表示圖1A所示太陽光發電系統連接的電力系統5，及送電線潮流檢測部9及位準檢測器10之一構成例。

電力系統5，係包含：複數個發電機52a、52b、52c、53，及複數個負載54a、54b、54c、55，分別連接於送電線51。發電機52a、52b、52c與發電機53係介由送電 線51連接。相對於送電線51在配置有發電機52a、52b、52c之側，係連接著負載55。相對於送電線51在配置有發電機53之側，係連接著負載54a、54b、54c。於該例，係在發電機52a、52b、52c周邊有較少負載，另外，於負載54a、54b、54c側發電機較少，因此於送電線51通常由發電機52a、52b、52c側朝負載54a、54b、54c側流通著有效電力(電力潮流)PL。

又，於此，相對於送電線51而將發電機52a、52b、52c側稱為電源側系統，相對於送電線51將負載54a、54b、54c側稱為負載側系統。負載側系統係連接著本實施形態之太陽光發電系統A，電源側系統係連接著本實施形態之太陽光發電系統B。以下之圖2之說明中，於太陽光發電系統A之構成符號之末尾附加「A」，於太陽光發電系統B之構成符號之末尾附加「B」，以區別個別之構成。

送電線潮流檢測部9A、9B，係串聯連接於送電線51，用於檢測流入送電線51的有效電力、亦即電力潮流(送電線潮流)PL，而將檢測結果供給至位準檢測器10A、10B。

於位準檢測器10A、10B，在送電線51之電力潮流PL超出事先設定的一定範圍時，係對發電機特性運算裝置100A、100B供給位準檢測信號。作為位準檢測器10A、10B之檢測所使用的設定位準，例如設為送電線51之容許電力融通量之80%時，在流入送電線51的電力潮流 PL成為容許電力融通量之80%以上時，位準檢測器10A、10B，係對發電機特性運算裝置100A、100B輸出特定之位準檢測信號。

其次，說明於上述太陽光發電系統之電力轉換裝置3之基本動作。電力轉換裝置3係所謂的變頻器，係依據電力轉換控制部16所輸出的控制信號將交流電壓予以輸出。該輸出電壓係等於輸入至電力轉換控制部16的輸出電壓目標Ec。該輸出電壓相對於電力系統5之電壓為超前相位時有效電力係由電力轉換裝置3流入電力系統5，相位差越大有效電力變為越大。另外，電力轉換裝置3之輸出電壓變大時電壓檢測部6所檢測的連接點電壓Va、亦即電力轉換裝置3連接於電力系統5之點a之電壓亦變大，電力轉換裝置3之輸出電壓變小時連接點電壓Va亦變小。

如上述說明，藉由個別變化發電機特性運算裝置100之輸出、亦即輸出電壓目標Ec之相位及大小，可以針對電力轉換裝置3所輸出的有效電力與連接點電壓Va之大小獨立進行控制。

其次，說明用於產生輸出電壓目標Ec的發電機特性運算裝置100之動作。

有效電力設定部11，係將應由電力轉換裝置3輸出的有效電力設定值Pref予以輸出。本實施形態中，有效電力設定部11係藉由位準檢測器10所供給的位準檢測信號來切換有效電力設定值Pref而構成。亦即，於有效電力設定 部11事先設定複數個值，對應於位準檢測信號之值而由複數個值之中被選擇之值係作為有效電力設定值Pref被輸出。

於圖2所示情況下，太陽光發電系統A與太陽光發電系統B之個別之位準檢測器10A、10B，係在送電線51之潮流成為一定值以上(或一定值以下)時將特定之位準檢測信號供給至各太陽光發電系統A，B之有效電力設定部11A、11B。

由位準檢測器10A、10B輸出至有效電力設定部11A、11B的信號，例如在送電線51之潮流包含於一定範圍時(例如，電力潮流PL<容許電力融通量×0.80)，係成為低(Low)位準之位準檢測信號，當送電線51之潮流不包含於一定範圍時(例如，電力潮流PL≧容許電力融通量×0.80)係成為高(High)位準之位準檢測信號。

此時，被供給高位準之位準檢測信號時，於負載側系統所連接的太陽光發電系統A之有效電力設定部11A係將有效電力設定值Pref切換為較通常大的值，於電源側系統所連接的太陽光發電系統B之有效電力設定部11B係將有效電力設定值Pref切換為較通常小的值。

因此，負載側之太陽光發電系統，於有效電力設定部11係事先被設定有通常使用的值，及較通常大的值之至少2個值(第1值及第2值)。電源側之太陽光發電系統，於有效電力設定部11係事先被設定有通常使用的值，及較通常小的值之至少2個值(第1值及第2值)。

連接於電力系統5的太陽光發電系統，其作為負載側而動作，或作為電源側而動作，係可以對應於太陽光發電系統所連接的電力系統5之構成而事先設定，或於設置後變更設定。亦可藉由位準檢測器10檢測送電線51之電力潮流PL之方向，而判斷發電機特性運算裝置100作為負載側動作或作為電源側動作。此時，太陽光發電系統可作為負載側動作亦可作為電源側動作，因此於有效電力設定部11被事先設定著通常使用的值、較通常大的值、與較通常小的值之至少3個值。

圖3係表示機械輸出運算部13之一構成例之方塊圖。機械輸出運算部13，係和一般稱為調速機的發電機之控制裝置具有同等之作用，其之一例可為圖3之控制方塊圖之構成。

機械輸出運算部13，係具備：放大率K之比例電路131，時間常數T1、T2之1次延遲電路132、133，及常數切換電路134，其被輸入有效電力設定部11之輸出、亦即有效電力設定值Pref以及質點系運算部12之輸出、亦即角頻率ω，而對同步發電機之相當於機械轉矩Tm進行運算並輸出。機械轉矩Tm，係相當於火力發電機等之控制裝置之蒸氣能源。

當角頻率ω低於基準角頻率ωo時比例電路131及1次延遲電路132之輸入成為正值(ωo-ω>0)，最終之機械轉矩Tm增加。反之，角頻率ω較基準角頻率ωo上昇時比例電路131及1次延遲電路132之輸入成為負值(ωo- ω<0)，最終之機械轉矩Tm減少。機械轉矩Tm之變化對於角頻率ω之變化之大小或速度，係由比例電路131之放大率K或1次延遲電路132、133之時間常數T1、T2來決定。

本實施形態適用的太陽光發電系統A及太陽光發電系統B，在由位準檢測器10被供給特定之位準檢測信號時，亦即送電線51之電力潮流超出一定值時，常數切換電路134係將放大率K切換為較通常大的值，或將1次延遲時間常數T1、T2切換為較通常小的值。如此則，藉由常數之切換可使機械轉矩Tm之變化相對於角頻率ω之變化變快。又，常數切換電路134，係具備依每一常數被事先設定的複數個值，對應於位準檢測信號之值來切換彼等複數個值而作為常數使用。

圖4係表示質點系運算部12之一構成例之方塊圖。質點系運算部12係進行同步發電機之運動方程式者，其之一例可為圖4之方塊圖之構成。質點系運算部12，係具備：積分器121，比例電路122，及常數切換電路123。

於圖4，積分器121之M為包含渦輪的發電機之慣性常數，比例電路122之D為阻尼係數。機械轉矩Tm為一定，電氣輸出(有效電力)Pe減少時對積分器121之輸入成為正值，因此，角頻率ω亦以和慣性常數M以及阻尼係數D對應之變化率呈上昇。反之，電氣輸出(有效電力)Pe增加時角頻率ω降低。電氣輸出(有效電力)Pe為一定而機械轉矩Tm變化時極性成為相反。角頻率ω之變 化相對於機械轉矩Tm或電氣輸出(有效電力)Pe之變化的大小或速度，係由慣性常數M或阻尼係數D來決定。

於本實施形態適用的太陽光發電系統A及太陽光發電系統B，當由位準檢測器10被供給特定之位準檢測信號時，亦即送電線51之電力潮流超出一定值時，常數切換電路123係將慣性常數M或阻尼係數D切換為較通常小的值。又，常數切換電路123，係對應於每一常數具備事先設定的複數個值，可以對應於位準檢測信號之值切換彼等複數個值而作為常數使用。藉由該切換，可使角頻率ω之變化相對於機械轉矩Tm或電氣輸出(有效電力)Pe之變化變快。

於機械輸出運算部13，在角頻率ω之上昇時係減少機械轉矩Tm，角頻率ω降低時係增加機械轉矩Tm，另外，於質點系運算部12，在機械轉矩Tm降低時係減少角頻率ω，在機械轉矩Tm增加時係增加角頻率ω，因此機械輸出運算部13及質點系運算部12，係以抑制角頻率ω之變動、亦即頻率之變動的方式發揮作用。

電氣特性運算部15，係對同步發電機之電氣特性式、亦即所謂Park式進行運算者，運算時係使用顯現發電機之電氣過渡響應特性的同步電抗Xd、過渡電抗Xd’、次過渡電抗Xd”、過渡時間常數Td’、及次過渡時間常數Td”等之常數。

電氣特性運算部15，係以位準檢測器10所輸出的位準檢測信號，電壓設定部14之輸出電壓設定值Vref，質 點系運算部12之輸出角頻率ω，由電流檢測部7獲得的電力轉換裝置3之輸出電流Ia，及由電壓檢測部6獲得的連接點電壓Va作為輸入，而運算和發電機端子電壓相當之值，以其作為輸出電壓目標Ec而供給至電力轉換控制部16。

於本實施形態適用的圖2之太陽光發電系統A及太陽光發電系統B，當由位準檢測器10被供給特定之位準檢測信號時，亦即送電線51之電力潮流超出一定值時，電氣特性運算部15係將過渡時間常數Td’、次過渡時間常數Td”切換為較通常小的值。藉由該切換，可使輸出電壓目標Ec之變化相對於角頻率ω或電壓Va、電流Ia之變化變快。又，電氣特性運算部15，係對應於每一常數具備事先設定的複數個值，可對應於位準檢測信號之值來切換彼等複數個值而作為常數使用。

如上述說明，於本實施形態之太陽光發電系統，可以具有和同步發電機同等之特性之同時進行運轉，當送電線之電力潮流超出一定值時，於負載側所連接的太陽光發電系統係增加輸出，於電源側所連接的太陽光發電系統係減少輸出，如此而減少送電線潮流，另外，藉由切換為模擬發電機特性的常數，因此和通常時比較，實際輸出之變化速度變為較有效電力設定值Pref之變更，可縮短降低送電線潮流所需時間。

如上述說明，於本實施形態，電力轉換控制部16係依據同步發電機之運動方程式、電氣特性式(Park式)、 針對同步發電機之控制裝置、亦即調速機之特性進行運算的發電機特性運算裝置100之輸出，對電力轉換裝置3之輸出電壓進行控制，因此電力轉換裝置3對應於電力系統5之電壓或頻率之變化，可以和同步發電機同等進行動作。

另外，可以和同步發電機進行同樣之運用而如排程般輸出有效電力等，因此，可以和同步發電機同樣採取對應。另外電力系統5內之送電線潮流超出一定值時，係以減低該電力潮流的方式使電力轉換裝置3之輸出高速變化，因此可以消除重潮流實現系統之穩定性或防止送電線之過負載。

如圖1B所示，亦可構成為不具備太陽電池1的供電系統。蓄電池2係由電力系統5之電力進行充電。

亦即，依據本實施形態，能提供可對應於電力系統之運轉狀態而進行穩定的電力供給的太陽光發電系統及供電系統。

其次，參照圖面說明第2實施形態之太陽光發電系統。又，以下之實施形態之說明中，和第1實施形態之太陽光發電系統同一構成被附加同一之符號，並省略重複說明。

圖5A係表示本實施形態之太陽光發電系統之一構成例。和第1實施形態之太陽光發電系統之差異在於，發電機特性運算裝置100另外具備磁場電壓運算部17，另外具備位準檢測器18，其被輸入由電壓檢測部6所輸出的連接 點電壓Va，以及將位準檢測器18之輸出供給至磁場電壓運算部17、電氣特性運算部15。位準檢測器18為，用於檢測電力系統5內送電線短路或接地，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出的系統狀態檢測部。

圖6係表示圖5A所示第2實施形態之太陽光發電系統所連接的電力系統5、電壓檢測部6及位準檢測器18之構成例，本實施形態之太陽光發電系統，係連接於電源側系統。位準檢測器18，係在太陽光發電系統與電力系統5之連接點電壓Va之大小成為一定值以下時，對發電機特性運算裝置100供給特定之位準檢測信號。作為位準檢測器18之設定位準，可為將太陽光發電系統之近傍短路或接地之事故發生時納入考量的電壓之值，例如可以使用規格電壓之50%以下之值。

例如，位準檢測器18，可於連接點電壓Va之大小成為規格電壓之50%以下時輸出高位準之位準檢測信號，連接點電壓Va之大小大於規格電壓之50%時輸出低位準之位準檢測信號。

圖7係表示磁場電壓運算部17之一構成例。磁場電壓運算部17係相當於一般所謂激磁控制裝置。磁場電壓運算部17，係具備：2個1次延遲電路171，172，及常數切換電路173。

磁場電壓運算部17，係對應於電壓設定值Vref與電壓檢測部6獲得的連接點電壓Va之差分(Vref-Va)而輸出相當於磁場電壓Efd。連接點電壓Va小於電壓設定值 Vref時1次延遲電路171之輸入成為正值，磁場電壓Efd增加，反之，連接點電壓Va大於電壓設定值Vref時磁場電壓Efd減少。

電氣特性運算部15所獲得的輸出電壓目標Ec之大小，係和磁場電壓運算部17之輸出、亦即磁場電壓Efd朝同一方向變化，因此當電力系統5之電壓降低時磁場電壓Efd變大，輸出電壓目標Ec亦變大而發揮抑制電力系統5之電壓降低之作用。反之，電力系統5之電壓上昇，則輸出電壓目標Ec變小而發揮抑制電力系統5之電壓上昇的作用。

相對於系統連接點電壓Va之變化而言，磁場電壓Efd之變化的大小或速度係由1次延遲時間常數T1、T2、1次延遲增益K1、K2，輸出限制值Emax，Emin來決定。本實施形態適用的太陽光發電系統中，當由位準檢測器18供給位準檢測信號時，亦即連接點電壓Va大幅降低時，常數切換電路173，例如係將1次延遲時間常數T1切換為較通常小的值，將輸出限制值Emax切換為較通常大、將輸出限制值Emin切換為較通常小，而將輸出範圍切換為較廣。

如上述說明，藉由常數之切換，則相對於連接點電壓Va之變化可使磁場電壓Efd之變化變快，而且變大。又，常數切換電路173，亦可構成為對1次延遲時間常數T2或1次延遲增益K1、K2之值進行切換。例如，連接點電壓Va大幅降低時，常數切換電路173，係將1次延遲時 間常數T1、T2切換為較通常小的值，將增益K1、K2切換為較通常大的值，切換輸出限制值Emax，Emin而設為較通常廣的範圍亦可。藉由彼等常數之切換，相對於連接點電壓Va之變化可使磁場電壓Efd之變化變快，而且變大。另外常數切換電路173，係具備對應於每一常數被事先設定的複數個值，可以對應於位準檢測信號之值切換彼等複數個值而作為常數使用。

另外，於電氣特性運算部15，當由位準檢測器18被供給特定之位準檢測信號時，亦即連接點電壓Va大幅降低時，係將過渡時間常數Td’、次過渡時間常數Td”切換為較通常小的值。藉由該切換則相對於角頻率ω、磁場電壓Efd及電流Ia之變化，可使輸出電壓目標Ec之變化變快。

如上述說明，本實施形態適用的太陽光發電系統，係具備和同步發電機同等之特性而進行運轉，而在近傍短路或接地等之事故發生導致電壓大幅降低時，係增大激磁控制裝置之機能，另外，相對於磁場電壓Efd或角頻率ω之變化係使電氣特性運算部之響應速度變快，而可以維持系統電壓。如此則，可提升電力系統5之發電機52a、52b、52c之過渡穩定度。

如上述說明依據本實施形態，電力轉換控制部16係依據同步發電機之運動方程式、電氣特性式(Park式)、針對同步發電機之控制裝置、亦即調速機以及激磁裝置之特性進行運算的發電機特性運算裝置100之輸出，對電力 轉換裝置3之輸出電壓進行控制，因此對應於電力系統5之電壓或頻率之變化，電力轉換裝置3可以和同步發電機成為同等動作。另外，可以和同步發電機進行同樣之運用而如排程般輸出有效電力等，因此，可以和同步發電機同樣採取對應。另外，電力系統5內短路或接地等之事故發生時係以提高電壓維持機能的方式，使電力轉換裝置3之輸出電壓高速變化，因此可提升近傍之發電機之過渡穩定度，可防止電力振動或跳脫等之不穩定現象。

如圖5B所示，亦可構成為不具備太陽電池1的供電系統。蓄電池2係由電力系統5之電力進行充電。

亦即，依據本實施形態，能提供可對應於電力系統之運轉狀態而進行穩定的電力供給的太陽光發電系統及供電系統。

又，於上述第2實施形態，於電氣特性運算部15及磁場電壓運算部17，係被供給由位準檢測器18所輸出的位準檢測信號，但位準檢測信號亦可進一步被供給至有效電力設定部11，質點系運算部12，及機械輸出運算部13。此時，有效電力設定部11係對應於位準檢測信號之值進行有效電力設定值Pref之切換，質點系運算部12係對應於位準檢測信號之值而對運算所使用的常數進行切換，機械輸出運算部13係對應於位準檢測信號之值而對運算所使用的常數進行切換。如此則，可獲得和上述之第2實施形態同樣之效果。

其次參照圖面說明第3實施形態之太陽光發電系統。

圖8A係表示本實施形態之太陽光發電系統之一構成例。於第1實施形態之太陽光發電系統，係使用送電線潮流PL之檢測值作為輸入至位準檢測器10的信號，本實施形態中則取代送電線潮流PL之檢測值，改為使用對電力系統5全體進行監視、控制的中央控制裝置CNT之LFC(負載頻率控制(Load Frequency Control))輸出及LFC餘裕量(LFC之輸出信號餘裕量)。

LFC，係在系統之頻率變動時，以抑制該變動的方式對電力系統5所包含的各發電機下達增減輸出之指令而進行控制，例如夜間等運轉之發電機較少時LFC餘裕量變小。

亦即，LFC餘裕量成為一定值以下時，電力系統5所包含的發電機所可能發電的電力之餘裕量會降低，電力系統5所包含的發電機之電力供給不穩定的可能性變高。因此，本實施形態中當LFC餘裕量成為一定值以下時，係增大太陽光發電系統之輸出電壓目標Ec，增加太陽光發電系統之電力供給，使電力系統5穩定化。

本實施形態中，當位準檢測器10檢測出LFC餘裕量成為一定值以下時係輸出特定之位準檢測信號。位準檢測器10，係對電力系統5內之電力供給狀態或電力系統5所包含的機器之運轉狀態進行檢測，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出的系統狀態檢測部。

LFC餘裕量成為一定值以下時，係和第1實施形態之太陽光發電系統同樣，係藉由切換有效電力設定值Pref、 質點系運算部12之運算所使用的常數、機械輸出運算部13之運算所使用的常數，電氣特性運算部15之運算所使用的常數，而使太陽光發電系統之輸出電力高速、且大幅變化，增加LFC調整量，使系統頻率穩定化。

如圖8B所示，可構成為不具備太陽電池1之供電系統。蓄電池2係由電力系統5之電力被充電。

亦即，依據本實施形態，可以提供能對應於電力系統之運轉狀態而進行穩定的電力供給之太陽光發電系統及供電系統。

其次，參照圖面說明第4實施形態之太陽光發電系統。

於第1實施形態之太陽光發電系統，係使用送電線潮流PL之檢測值作為輸入至位準檢測器10的信號，本實施形態則取代送電線潮流PL之檢測值，改為使用成為和事先設定的排程不同運轉狀態的發電機之容量(例如電力系統5所連接的發電機之運轉狀況)，或系統分離發生資訊(例如電力系統5所包含的送電線與變壓器之運轉狀況)。

本實施形態之太陽光發電系統，例如圖8A所示構成，發電機之容量及系統分離發生資訊係由中央控制裝置CNT被輸出至位準檢測器10。位準檢測器10，係對電力系統5內之電力供給狀態或電力系統5所包含的機器之運轉狀態進行檢測，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出的系統狀態檢測部。

亦即，當和設定排程成為不同運轉的發電機所應發電的容量成為一定值以上時，電力系統5對於穩定的電力供給變為困難。另外，電力系統5內之電力供給路徑分斷等異常而發生系統分離時，電力系統5之穩定的電力供給變為困難。因此，於本實施形態之太陽光發電系統，位準檢測器10係對成為和排程不同運轉狀態的發電機之容量，或系統分離發生資訊進行檢測，對太陽光發電系統所輸出的有效電力Pe進行控制而進行穩定的電力供給。

本實施形態中，位準檢測器10，係針對例如因為緊急停止等而成為和所設定排程不同運轉狀態的發電機之容量偏離一定值、或系統分離發生等進行檢測，而輸出特定位準之位準檢測信號。

成為和所設定排程不同運轉狀態的發電機之容量偏離一定值、或系統分離發生時，係和第1實施形態之太陽光發電系統同樣，針對有效電力設定值Pref、質點系運算部12之運算所使用的常數、機械輸出運算部13之運算所使用的常數、電氣特性運算部15之運算所使用的常數進行切換。如此則，可使本實施形態之太陽光發電系統之輸出電力高速變化，可防止發電量之不足或剩餘，使系統頻率穩定化。

如圖8B所示，亦可設為不具備太陽電池1的供電系統。蓄電池2係由電力系統5之電力進行充電。

亦即，依據本實施形態，能提供可以對應於電力系統之運轉狀態而進行穩定的電力供給之太陽光發電系統及供 電系統。

其次，參照圖面說明第5實施形態之太陽光發電系統。

圖9A係表示本實施形態之太陽光發電系統之一構成例。於第1實施形態係使用送電線潮流PL之檢測值作為輸入至位準檢測器10的信號，本實施形態係取代送電線潮流PL之檢測值，改使用連接點電壓Va之頻率檢測值。

本實施形態之太陽光發電系統，係具備：頻率檢測部19。頻率檢測部19係檢測連接點電壓Va之頻率，將檢測之值輸出至位準檢測器10。頻率檢測部19及位準檢測器10，係對電力系統5內之電力供給狀態或電力系統5所包含的機器之運轉狀態進行檢測，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出的系統狀態檢測部。

本實施形態中，位準檢測器10，係用於檢測連接點電壓Va之頻率偏離一定範圍，而輸出特定位準之位準檢測信號。連接點電壓Va之頻率偏離一定範圍時，係和第1實施形態之太陽光發電系統同樣，針對有效電力設定值Pref、質點系運算部12之運算所使用的常數、機械輸出運算部13之運算所使用的常數、電氣特性運算部15之運算所使用的常數進行切換。如此則，可使本實施形態之太陽光發電系統之輸出電力高速變化，可使系統頻率穩定化。

如圖9B所示，亦可設為不具備太陽電池1的供電系統。蓄電池2係由電力系統5之電力進行充電。

亦即，依據本實施形態，係和第1實施形態之太陽光 發電系統及供電系統同樣，能提供可以對應於電力系統之運轉狀態而進行穩定的電力供給之太陽光發電系統及供電系統。

其次，參照圖面說明第6實施形態之太陽光發電系統。本實施形態之說明中，和第2實施形態之太陽光發電系統同樣之構成係附加同一之符號並省略說明。

第2實施形態之太陽光發電系統，係使用連接點電壓Va作為輸入至位準檢測器18的信號，檢測連接點電壓Va之值降低至一定值以下而檢測短路或接地等之事故，本實施形態則取代連接點電壓Va，改用設於電力系統5的事故檢測保護繼電器56之輸出。

圖10A係表示本實施形態之太陽光發電系統之一構成。

圖11係表示本實施形態之供電系統所連接的電力系統之一構成例。事故檢測保護繼電器56動作時，用於通知事故檢測保護繼電器56已動作一事的特定信號，會由事故檢測保護繼電器56被輸出至位準檢測器18。位準檢測器18，則檢測出由事故檢測保護繼電器56被輸出特定之信號，並輸出特定位準之位準檢測信號。位準檢測器18，係檢測出電力系統5內送電線短路或接地，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出的系統狀態檢測部。

事故檢測保護繼電器56動作時，和第2實施形態之太陽光發電系統同樣，藉由切換磁場電壓運算部17之運算所使用的常數、電氣特性運算部15之運算所使用的常 數，以提高本實施形態之太陽光發電系統之電壓維持機能的方式，使電力轉換裝置3之輸出電壓高速變化，而提升近傍之發電機之過渡穩定度，防止電力振動或跳脫等之不穩定現象。

如圖10B所示，亦可設為不具備太陽電池1的供電系統。蓄電池2係由電力系統5之電力進行充電。

亦即，依據本實施形態，和第2實施形態之太陽光發電系統及供電系統同樣，能提供可以對應於電力系統之運轉狀態而進行穩定的電力供給之太陽光發電系統及供電系統。

又，上述第1實施形態乃至第6實施形態之太陽光發電系統，係說明將太陽光發電系統之動作特性予以變化的條件，及為了變化特性而實施的切換常數予以組合之例，可以對應於太陽光發電系統所連接的電力系統之特性，任意選擇彼等條件與常數之組合，更能提升各電力系統之運轉之穩定性。

以上說明本發明之幾個實施形態，彼等實施形態僅為一例並非用來限定發明之範圍。彼等新規實施形態可以其他各種形態實施，在不脫離發明之要旨之範圍內可進行各種省略、置換、變更。彼等實施形態或該變形亦包含於發明之範圍或要旨之同時，亦包含於專利請求之範圍記載的發明及其均等之範圍。例如，對於電壓檢測部6獲得的電壓不自動控制成為指定值時，亦即容許有效電力之增減等引起之電壓變動時，藉由在電壓設定部14設定磁場電壓 相當值Efd而可以省略磁場電壓運算部14。另外，僅同步發電機單體之特性為必要，無須角頻率ω之變動抑制時，藉由在有效電力設定部11設定機械輸出Tm，可以省略機械輸出運算部13。

1‧‧‧太陽電池

2‧‧‧蓄電池

3‧‧‧電力轉換裝置

3A‧‧‧電力轉換裝置

3B‧‧‧電力轉換裝置

6‧‧‧電壓檢測部

7‧‧‧電流檢測部

8‧‧‧有效電力檢測部

9‧‧‧送電線潮流檢測部

10‧‧‧位準檢測器

16‧‧‧電力轉換控制部

16A‧‧‧電力轉換控制部

16B‧‧‧電力轉換控制部

100‧‧‧發電機特性運算裝置

4‧‧‧平滑電抗器

5‧‧‧電力系統

a‧‧‧平滑電抗器4與電力系統5之連接點

Va‧‧‧連接點電壓

Ia‧‧‧輸出電流

Pe‧‧‧有效電力

11‧‧‧有效電力設定部

12‧‧‧質點系運算部

13‧‧‧機械輸出運算部

14‧‧‧電壓設定部

15‧‧‧電氣特性運算部

Pref‧‧‧有效電力設定值

ω‧‧‧角頻率

Tm‧‧‧機械轉矩

Vref‧‧‧事先設定的電壓設定值

Ec‧‧‧輸出電壓目標

PL‧‧‧送電線潮流

51‧‧‧送電線

52a、52b、52c、53‧‧‧發電機

54a、54b、54c、55‧‧‧負載

9A、9B‧‧‧送電線潮流檢測部

10A、10B‧‧‧位準檢測器

100A、100B‧‧‧發電機特性運算裝置

圖1A係表示第1實施形態之太陽光發電系統之一構成例之圖。

圖1B係表示第1實施形態之供電系統之一構成例之圖。

圖2係表示圖1A所示太陽光發電系統連接的電力系統、送電線潮流檢測部、位準檢測器之一構成例之圖。

圖3係表示圖1A所示太陽光發電系統之機械輸出運算部之一構成例之方塊圖。

圖4係表示圖1A所示太陽光發電系統之質點系運算部之一構成例之方塊圖。

圖5A係表示第2實施形態之太陽光發電系統之一構成例之圖。

圖5B係表示第2實施形態之供電系統之一構成例之圖。

圖6係表示圖5A所示太陽光發電系統所連接的電力系統之一構成例之圖。

圖7係表示圖5A所示太陽光發電系統之磁場電壓運算部之一構成例之方塊圖。

圖8A係表示第3實施形態及第4實施形態之太陽光發電系統之一構成例之圖。

圖8B係表示第3實施形態及第4實施形態之供電系統之一構成例之圖。

圖9A係表示第5實施形態之太陽光發電系統之一構成例之圖。

圖9B係表示第5實施形態之供電系統之一構成例之圖。

圖10A係表示第6實施形態之太陽光發電系統之一構成例之圖。

圖10B係表示第6實施形態之供電系統之一構成例之圖。

圖11係表示圖10A所示太陽光發電系統連接的電力系統之一構成例之圖。

1‧‧‧太陽電池

2‧‧‧蓄電池

3‧‧‧電力轉換裝置

6‧‧‧電壓檢測部

7‧‧‧電流檢測部

8‧‧‧有效電力檢測部

9‧‧‧送電線潮流檢測部

10‧‧‧位準檢測器

16‧‧‧電力轉換控制部

100‧‧‧發電機特性運算裝置

4‧‧‧平滑電抗器

5‧‧‧電力系統

a‧‧‧平滑電抗器4與電力系統5之連接點

Va‧‧‧連接點電壓

Ia‧‧‧輸出電流

Pe‧‧‧有效電力

11‧‧‧有效電力設定部

12‧‧‧質點系運算部

13‧‧‧機械輸出運算部

14‧‧‧電壓設定部

15‧‧‧電氣特性運算部

Pref‧‧‧有效電力設定值

ω‧‧‧角頻率

Tm‧‧‧機械轉矩

Vref‧‧‧事先設定的電壓設定值

Ec‧‧‧輸出電壓目標

PL‧‧‧送電線潮流

Claims (20)

1. 一種太陽光發電系統，其特徵為具備：電力轉換部，用於將包含太陽電池的直流電源之直流電力轉換為交流電力而供給至電力系統；電壓檢測部，用於檢測電力系統與上述電力轉換部之間之連接點電壓；電流檢測部，用於檢測上述電力轉換部之輸出電流；有效電力檢測部，係由電壓檢測部及電流檢測部之輸出獲得有效電力；系統狀態檢測部，用於檢測上述電力系統內之電力供給狀態或上述電力系統所包含機器之運轉狀態，而將依據檢測結果的位準檢測信號予以輸出；有效電力設定部，用於輸出有效電力設定值；質點系運算部，係依據上述有效電力檢測部之輸出、上述有效電力設定值、以及上述系統狀態檢測部之輸出，針對上述電力轉換部之輸出電壓之角頻率進行運算；電氣特性運算部，係依據上述角頻率、電流檢測部所檢測的電流值、以及設定電壓值，針對上述電力轉換部之輸出電壓目標值進行運算；及切換手段與常數切換手段之其中至少一方，該切換手段，係依據上述位準檢測信號將上述有效電力設定值切換為事先設定的第1值或第2值，該常數切換手段，係依據上述位準檢測信號，針對上述各頻率之運算使用的常數與上述輸出電壓目標值之運算使用的常數之其中至少一方進 行切換；依據上述輸出電壓目標值進行上述電力轉換部之輸出電壓之控制。
2. 如申請專利範圍第1項之太陽光發電系統，其中上述系統狀態檢測部，係具備：送電線潮流檢測部，用於檢測流入上述電力系統內之送電線的電流或電力潮流；及位準檢測器，用於檢測上述電力系統之送電線的電流或電力潮流是否超脫一定範圍，而輸出依據檢測結果之位準檢測信號。
3. 如申請專利範圍第1項之太陽光發電系統，其中上述系統狀態檢測部，係用於檢測上述電力系統之中央控制裝置所供給的LFC之輸出信號餘裕量是否超脫一定範圍，以及由上述電力系統所包含送電線與變壓器之運轉狀況是否發生電力系統分離之其中至少一方。
4. 如申請專利範圍第1項之太陽光發電系統，其中上述系統狀態檢測部，係具備。頻率檢測部，用於檢測上述電壓檢測部所檢測出的電壓之頻率；及位準檢測器，用於檢測上述頻率檢測部所檢測的頻率是否超脫一定範圍，在超脫上述一定範圍時將特定之位準檢測信號予以輸出。
5. 一種太陽光發電系統，其特徵為具備：電力轉換部，用於將包含太陽電池的直流電源之直流電力轉換為交流電力而供給至電力系統；電壓檢測部，用於檢測電力系統與上述電力轉換部之 間之連接點電壓；電流檢測部，用於檢測上述電力轉換部之輸出電流；有效電力檢測部，係由電壓檢測部及電流檢測部之輸出獲得有效電力；系統狀態檢測部，用於檢測上述電力系統內之送電線之短路或接地，而將對應於檢測結果的位準檢測信號予以輸出；有效電力設定部，用於輸出事先設定的有效電力設定值；質點系運算部，係依據上述有效電力檢測部之輸出、有效電力設定部之輸出、及系統狀態檢測部之輸出，針對上述電力轉換部之輸出電壓之角頻率進行運算；磁場電壓運算部，係依據上述電壓檢測部所檢測的電壓、上述設定電壓及上述系統狀態檢測部之輸出信號，針對模擬同步發電機之磁場電壓相當值進行運算而輸出；及電氣特性運算部，係依據上述角頻率、電流檢測部所檢測的電流值、從上述系統狀態檢測部所輸出的位準檢測信號及上述磁場電壓相當值，針對上述電力轉換部之輸出電壓目標值進行運算；上述磁場電壓運算部，係具備：切換電路，其依據上述位準檢測信號針對運算所使用的常數進行切換；依據上述輸出電壓目標值而控制上述電力轉換部之輸出電壓。
6. 如申請專利範圍第5項之太陽光發電系統，其中 上述系統狀態檢測部，係用於檢測針對上述電壓檢測部之輸出是否為特定值以下，或者上述電力系統內之送電線系統事故的保護繼電器是否動作加以檢測。
7. 如申請專利範圍第1~6項中任一項之太陽光發電系統，其中另具備：機械輸出運算部，其依據上述有效電力設定部之輸出、上述質點系運算部之輸出及上述系統狀態檢測部之輸出，而計算模擬同步發電機之機械輸出相當值；上述質點系運算部，係依據上述機械輸出相當值、上述有效電力檢測部所檢測的有效電力值及上述系統狀態檢測部之輸出，來運算上述電力轉換部之輸出電壓之角頻率而構成。
8. 如申請專利範圍第1~6項中任一項之太陽光發電系統，其中上述質點系運算部，係具備：常數切換電路，其依據上述系統狀態檢測部之輸出而切換運算所使用的常數。
9. 如申請專利範圍第7項之太陽光發電系統，其中上述機械輸出運算部，係具備：常數切換電路，其依據上述系統狀況檢測部之輸出而切換運算所使用的常數。
10. 如申請專利範圍第1~6項中任一項之太陽光發電系統，其中上述電氣特性運算部，係具備：常數切換電路，其依據上述系統狀況檢測部之輸出而切換運算所使用的常數。
11. 一種供電系統，其特徵為具備： 電力轉換部，用於將直流電源之直流電力轉換為交流電力而供給至電力系統；電壓檢測部，用於檢測電力系統與上述電力轉換部之間之連接點電壓；電流檢測部，用於檢測上述電力轉換部之輸出電流；有效電力檢測部，係由電壓檢測部及電流檢測部之輸出獲得有效電力；系統狀態檢測部，用於檢測上述電力系統內之電力供給狀態或上述電力系統所包含機器之運轉狀態，而將依據檢測結果的位準檢測信號予以輸出；有效電力設定部，用於輸出有效電力設定值；質點系運算部，係依據上述有效電力檢測部之輸出、上述有效電力設定值、以及上述系統狀態檢測部之輸出，針對上述電力轉換部之輸出電壓之角頻率進行運算；電氣特性運算部，係依據上述角頻率、電流檢測部所檢測的電流值、以及設定電壓值，針對上述電力轉換部之輸出電壓目標值進行運算；及切換手段與常數切換手段之其中至少一方，該切換手段，係依據上述位準檢測信號將上述有效電力設定值切換為事先設定的第1值或第2值，該常數切換手段，係依據上述位準檢測信號，針對上述各頻率之運算使用的常數與上述輸出電壓目標值之運算使用的常數之其中至少一方進行切換；依據上述輸出電壓目標值進行上述電力轉換部之輸出 電壓之控制。
12. 如申請專利範圍第11項之供電系統，其中上述系統狀態檢測部，係具備：送電線潮流檢測部，用於檢測流入上述電力系統內之送電線的電流或電力潮流；及位準檢測器，用於檢測上述電力系統之送電線的電流或電力潮流是否超脫一定範圍，而輸出依據檢測結果之位準檢測信號。
13. 如申請專利範圍第11項之供電系統，其中上述系統狀態檢測部，係用於檢測上述電力系統之中央控制裝置所供給的LFC之輸出信號餘裕量是否超脫一定範圍，以及由上述電力系統所包含送電線與變壓器之運轉狀況是否發生電力系統分離之其中至少一方。
14. 如申請專利範圍第11項之供電系統，其中上述系統狀態檢測部，係具備：頻率檢測部，用於檢測上述電壓檢測部所檢測出的電壓之頻率；及位準檢測器，用於檢測上述頻率檢測部所檢測的頻率是否超脫一定範圍，在超脫上述一定範圍時將特定之位準檢測信號予以輸出。
15. 一種供電系統，其特徵為具備：電力轉換部，用於將直流電源之直流電力轉換為交流電力而供給至電力系統；電壓檢測部，用於檢測電力系統與上述電力轉換部之間之連接點電壓；電流檢測部，用於檢測上述電力轉換部之輸出電流； 有效電力檢測部，係由電壓檢測部及電流檢測部之輸出獲得有效電力；系統狀態檢測部，用於檢測上述電力系統內之送電線之短路或接地，而將依據檢測結果的位準檢測信號予以輸出；有效電力設定部，用於輸出事先設定的有效電力設定值；質點系運算部，係依據上述有效電力檢測部之輸出、有效電力設定部之輸出、及上述系統狀態檢測部之輸出，針對上述電力轉換部之輸出電壓之角頻率進行運算；磁場電壓運算部，係依據上述電壓檢測部所檢測的電壓、上述設定電壓及上述系統狀態檢測部之輸出信號，針對模擬同步發電機之磁場電壓相當值進行運算而輸出；及電氣特性運算部，係依據上述角頻率、電流檢測部所檢測的電流值、上述系統狀態檢測部所輸出的位準檢測信號及上述磁場電壓相當值，針對上述電力轉換部之輸出電壓目標值進行運算；上述磁場電壓運算部，係具備：切換電路，其依據上述位準檢測信號針對運算所使用的常數進行切換；依據上述輸出電壓目標值而控制上述電力轉換部之輸出電壓。
16. 如申請專利範圍第15項之供電系統，其中上述系統狀態檢測部，係針對上述電壓檢測部之輸出是否為特定值以下，或者用於檢測上述電力系統內之送電 線系統事故的保護繼電器是否動作加以檢測。
17. 如申請專利範圍第11~16項中任一項之供電系統，其中另具備：機械輸出運算部，其依據上述有效電力設定部之輸出、上述質點系運算部之輸出及上述系統狀態檢測部之輸出，而計算模擬同步發電機之機械輸出相當值；上述質點系運算部，係依據上述機械輸出相當值、上述有效電力檢測部所檢測的有效電力值及上述系統狀態檢測部之輸出，來運算上述電力轉換部之輸出電壓之角頻率而構成。
18. 如申請專利範圍第11~16項中任一項之供電系統，其中上述質點系運算部，係具備：常數切換電路，其依據上述系統狀態檢測部之輸出而切換運算所使用的常數。
19. 如申請專利範圍第17項之供電系統，其中上述機械輸出運算部，係具備：常數切換電路，其依據上述系統狀況檢測部之輸出而切換運算所使用的常數。
20. 如申請專利範圍第11~16項中任一項之供電系統，其中上述電氣特性運算部，係具備：常數切換電路，其依據上述系統狀況檢測部之輸出而切換運算所使用的常數。