WO2015011781A1 - 太陽光発電用インバータの制御装置 - Google Patents

太陽光発電用インバータの制御装置 Download PDF

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祐司 松岡
フィゲロア ルベン アレクシス インスンサ
達明 安保
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • Y02E40/20Active power filtering [APF]

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an inverter for photovoltaic power generation.
  • an inverter is used in a photovoltaic power generation system in order to link with an AC power system.
  • the inverter converts DC power generated by the solar battery into AC power synchronized with the AC power system and supplies the AC power to the AC power system.
  • the output current of the inverter may be distorted due to insufficient output voltage of the inverter due to fluctuations in the system voltage, and the output current may flow backward (see Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide a control device for an inverter for photovoltaic power generation that can prevent output current from being distorted due to insufficient output voltage of the inverter.
  • a control device for an inverter for photovoltaic power generation is a control device for an inverter for photovoltaic power generation that converts power generated by sunlight into AC power linked to an AC power system, System voltage detection means for detecting a system voltage of an AC power system, DC voltage detection means for detecting a DC voltage applied to the inverter, the system voltage detected by the system voltage detection means and the DC voltage detection means Output voltage shortage detecting means for detecting shortage of the output voltage of the inverter, output current detection means for detecting the output current of the inverter, and output current detection means based on the DC voltage detected by Output current distortion detecting means for detecting distortion of the output current based on harmonics included in the output current, and When the output voltage shortage is detected by the maximum power point follow-up control means that performs power point follow-up control and the output voltage shortage detection means, and when the output current distortion is detected by the output current distortion detection means, it is applied to the inverter Output current distortion control means for controlling the DC voltage to
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system to which an inverter control device according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing characteristics of power generated by the solar cell according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a configuration of the distortion prevention command unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system to which an inverter control device according to a second embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing characteristics of power generated by the solar cell according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system 10 to which a control device 2 for an inverter 1 according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • symbol is attached
  • the photovoltaic power generation system 10 includes an inverter 1, a control device 2, a solar cell 3, a smoothing capacitor 4, an AC filter 5, an interconnection transformer 6, an AC power system 7, a DC voltage detector 11, a DC current detector 12, and an AC current.
  • a detector 13 and an AC voltage detector 14 are provided.
  • the solar cell 3 is a battery that generates power by light (sunlight).
  • the solar cell 3 supplies the generated power to the inverter 1.
  • the inverter 1 converts the DC power supplied from the solar cell 3 into AC power synchronized with the AC power system 7.
  • the inverter 1 supplies the converted AC power to the AC power system 7 via the interconnection transformer 6.
  • the inverter 1 is controlled by pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • the inverter 1 is controlled for power conversion by the gate signal Gt output from the control device 2.
  • the inverter 1 is, for example, a PCS (power conditioning system).
  • the smoothing capacitor 4 is provided on the DC side (input side) of the inverter 1.
  • the smoothing capacitor 4 smoothes the DC voltage supplied from the solar cell 3 to the inverter 1.
  • the AC filter 5 includes a reactor 51 and a capacitor 52.
  • the AC filter 5 suppresses harmonics output from the inverter 1.
  • the DC voltage detector 11 is a detector for measuring the voltage Vdc on the DC side of the inverter 1 (the voltage of the smoothing capacitor 4). The DC voltage detector 11 outputs the detected DC voltage Vdc to the control device 2.
  • the DC current detector 12 is a detector for measuring the current Idc flowing on the DC side of the inverter 1.
  • the DC current detector 12 outputs the detected DC current Idc to the control device 2.
  • the alternating current detector 13 is a detector for measuring the current Iiv on the alternating current side (output side) of the inverter 1.
  • the alternating current detector 13 outputs the detected alternating current Iiv to the control device 2.
  • the AC voltage detector 14 is a detector for measuring the system voltage Vr of the AC power system 7.
  • the AC voltage detector 14 outputs the detected system voltage Vr to the control device 2.
  • the control device 2 includes a power calculation unit 21, an MPPT (maximum power point tracking) 22, a DC voltage control unit 23, a current control unit 24, a PWM control unit 25, and a distortion prevention command unit 26.
  • MPPT maximum power point tracking
  • the electric power calculation unit 21 calculates the DC power Pdc based on the DC voltage Vdc detected by the DC voltage detector 11 and the DC current Idc detected by the DC current detector 12. The power calculation unit 21 outputs the calculated DC power Pdc to the MPPT 22.
  • the MPPT 22 outputs a voltage increase / decrease signal Vn for increasing or decreasing the DC voltage to the DC voltage controller 23 based on the DC power Pdc calculated by the power calculator 21.
  • the MPPT 22 outputs the voltage increase / decrease signal Vn determined by the maximum power point tracking control.
  • the MPPT 22 does not perform the maximum power point tracking control, and the voltage increase / decrease signal Vn determined so as to prevent the distortion of the waveform of the output current Iiv of the inverter 1. Is output.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing characteristics of power generated by the solar cell 3 according to the present embodiment.
  • MPPT2 performs control (maximum power point tracking control) for tracking the voltage (maximum power point voltage) Vmpp at the maximum power point Pmpp shown in FIG. 2 as follows.
  • the MPPT 22 measures the DC power Pdc at a certain voltage Vdc.
  • the MPPT 22 outputs a voltage increase / decrease signal Vn that boosts (or steps down) the DC voltage Vdc by a predetermined voltage for one step. After the DC voltage Vdc increases (or decreases), the MPPT 22 measures the DC power Pdc. The MPPT 22 compares the DC power Pdc measured last time with the DC power Pdc newly measured this time.
  • the MPPT 22 outputs the same voltage increase / decrease signal Vn as the previous time. That is, if the previous voltage increase / decrease signal Vn is a signal to be boosted, the voltage increase / decrease signal Vn is also output as a signal to boost this time. If the previous voltage increase / decrease signal Vn is a signal to be stepped down, this time it is also output as a signal to step down the voltage increase / decrease signal Vn. On the other hand, when the DC power Pdc newly measured this time is smaller, the MPPT 22 outputs a voltage increase / decrease signal Vn different from the previous time.
  • the MPPT 22 controls the DC voltage Vdc so that it is always in the vicinity of the maximum power point voltage Vmpp.
  • the DC voltage control unit 23 receives the DC voltage Vdc detected by the DC voltage detector 11 and the voltage increase / decrease signal Vn determined by the MPPT 22.
  • the DC voltage control unit 23 calculates a DC voltage command value Vdcr for controlling the DC voltage Vdc based on the DC voltage Vdc and the voltage increase / decrease signal Vn.
  • the DC voltage control unit 23 outputs the calculated DC voltage command value Vdcr to the current control unit 24.
  • the current control unit 24 receives the output current Iiv detected by the AC current detector 13, the DC power Pdc calculated by the power calculation unit 21, and the DC voltage command value Vdcr calculated by the DC voltage control unit 23.
  • the current control unit 24 calculates a voltage command value Vivr for controlling the output voltage of the inverter 1 based on the output current Iiv, the DC power Pdc, and the DC voltage command value Vdcr.
  • the current control unit 24 outputs the calculated voltage command value Vivr to the PWM control unit 25.
  • the voltage command value Vivr calculated by the current control unit 24 is input to the PWM control unit 25.
  • the PWM control unit 25 generates a gate signal Gt that drives the switching element of the inverter 1 so that the output voltage of the inverter 1 follows the voltage command value Vivr.
  • the PWM control unit 25 performs PWM control of the inverter 1 using the generated gate signal Gt.
  • the distortion prevention command unit 26 includes a DC voltage Vdc detected by the DC voltage detector 11, an output current Iiv of the inverter 1 detected by the AC current detector 13, and an AC power system detected by the AC voltage detector 14. 7 system voltage Vr is input.
  • the distortion prevention command unit 26 determines whether control for preventing distortion of the output current Iiv is necessary based on the DC voltage Vdc, the output current Iiv, and the system voltage Vr. When determining that control for preventing distortion of the output current Iiv is necessary, the distortion prevention command unit 26 outputs a control signal Sp for performing this control to the MPPT 22.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the distortion prevention command unit 26 according to the present embodiment.
  • the distortion prevention command unit 26 includes an output voltage shortage detection unit 61, an output current distortion detection unit 62, and an AND circuit 63.
  • the output voltage shortage detection unit 61 determines whether or not the output voltage of the inverter 1 is insufficient based on the DC voltage Vdc and the system voltage Vr.
  • the output voltage shortage detection unit 61 determines that the output voltage is short if the DC voltage Vdc is lower than the reference voltage determined according to the system voltage Vr.
  • the reference voltage may be calculated in any way as long as it is a voltage calculated based on the system voltage Vr. For example, the reference voltage is calculated by multiplying the peak value of the system voltage Vr by a preset coefficient.
  • the output voltage shortage detection unit 61 outputs a detection signal Sv indicating that the shortage of the output voltage is detected to the AND circuit 63.
  • the output voltage shortage detection unit 61 has a shortage of output voltage. to decide. That is, when the DC voltage Vdc is lower than the theoretically necessary minimum voltage for outputting a voltage corresponding to the system voltage Vr from the inverter 1, the output voltage shortage detecting unit 61 indicates that the output voltage is short. to decide. Therefore, when the inverter 1 is subjected to the third superposition control, the output voltage of the inverter 1 may not be insufficient even if the DC voltage Vdc is lower than the peak value of the system voltage Vr.
  • the output current distortion detector 62 determines whether or not the waveform of the output current Iiv is distorted. When it is determined that the output current Iiv is distorted, the output current distortion detection unit 62 outputs a detection signal Si indicating that the distortion of the output current Iiv is detected to the AND circuit 63.
  • the output current distortion detector 62 detects the distortion of the output current Iiv as follows. First, the output current distortion detection unit 62 extracts a harmonic superimposed on the output current Iiv. If the extracted harmonic (for example, the fifth harmonic) is equal to or higher than a preset ratio (for example, 5%) with respect to the fundamental wave, the output current distortion detecting unit 62 has the output current Iiv distorted. Judge. Here, the harmonics may be even harmonics or odd harmonics, and any number of harmonics may be extracted.
  • the AND circuit 63 performs control to prevent distortion of the output current Iiv when receiving both the detection signal Sv detected by the output voltage shortage detection unit 61 and the detection signal Si detected by the output current distortion detection unit 62.
  • the control signal Sp is output to the MPPT 22.
  • the MPPT 22 When the control signal Sp is not received, the MPPT 22 performs the maximum power point tracking control, so the DC voltage Vdc is controlled in the vicinity of the voltage Vmpp at the maximum power point Pmpp.
  • the MPPT 22 When the MPPT 22 receives the control signal Sp, the MPPT 22 outputs a voltage increase / decrease signal Vn so as to boost the DC voltage Vdc regardless of the maximum power point Pmpp. As a result, the power Pdc output from the solar cell 3 decreases, but the DC voltage Vdc increases. That is, the MPPT 22 raises the DC voltage Vdc by reducing the generated power Pdc of the solar cell 3. The MPPT 22 increases the DC voltage Vdc until the control signal Sp is not received. Thereby, MPPT22 controls the inverter 1 with the voltage V1 of the power point P1 lower than the maximum power point Pmpp.
  • the MPPT 22 stops receiving the control signal Sp (the output voltage shortage detection unit 61 does not detect the shortage of the output voltage of the inverter 1 or the output current distortion detection unit 62 detects the distortion of the output current Iiv of the inverter 1. After that, the control method is returned to the maximum power point tracking control.
  • a condition may be further added.
  • the condition to be added may be the elapse of a predetermined time, the system voltage Vr may be lower than a predetermined voltage, or the generated power Pdc of the solar cell 3 may exceed a predetermined power. Other conditions may be used.
  • the shortage of the output voltage of the inverter 1 and the distortion of the waveform of the output current Iiv are detected, the maximum power point tracking control is stopped, and the DC voltage Vdc is reduced so as to reduce the generated power Pdc of the solar cell 3.
  • the waveform of the output current Iiv can be prevented from being distorted.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system 10A to which the control device 2A for the inverter 1 according to the second embodiment of the present invention is applied.
  • the photovoltaic power generation system 10A replaces the control device 2 with the control device 2A.
  • the control device 2A is obtained by replacing the MPPT 22 with the MPPT 22A and replacing the DC voltage control unit 23 with the DC voltage control unit 23A in the control device 2 according to the first embodiment. Others are the same as in the first embodiment.
  • the MPPT 22A always performs maximum power point tracking control without receiving the control signal Sp from the distortion prevention command unit 26. Other points are the same as those of the MPPT 22 according to the first embodiment.
  • the DC voltage control unit 23A receives the control signal Sp from the distortion prevention command unit 26. When receiving the control signal Sp, the DC voltage control unit 23A performs control for preventing distortion of the output current Iiv. In the normal time (when the control signal Sp is not received), the DC voltage control unit 23A performs the DC voltage according to the voltage increase / decrease signal Vn received from the MPPT 22A, similarly to the DC voltage control unit 23 according to the first embodiment. Vdc is controlled.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing characteristics of power generated by the solar cell 3 according to the present embodiment.
  • the DC voltage control unit 23A controls the DC voltage Vdc according to the maximum power point tracking control by the MPPT 22A. At this time, the DC voltage Vdc is controlled within an operation range R0 between a preset lower limit voltage Vl1 and an upper limit voltage Vh. In this case, the DC voltage Vdc is basically controlled in the vicinity of the voltage Vmpp at the maximum power point Pmpp.
  • the DC voltage control unit 23A When the DC voltage control unit 23A receives the control signal Sp, the DC voltage control unit 23A changes the operation range R0 to the operation range R1.
  • the operating range R1 is obtained by increasing the lower limit voltage Vl1 of the operating range R0 before receiving the control signal Sp to the lower limit voltage Vl2.
  • the lower limit voltage Vl2 to be changed may be set in advance or may be determined according to the system voltage Vr of the AC power system 7.
  • the DC voltage control unit 23A causes the DC voltage Vdc to become the lower limit voltage Vl2 regardless of the voltage increase / decrease signal Vn received from the MPPT 22A.
  • the power P2 is controlled to be lower than the maximum power point Pmpp by the maximum power point tracking control.
  • the DC voltage control unit 23A follows the voltage increase / decrease signal Vn received from the MPPT 22A as in the normal maximum power point tracking control.
  • the DC voltage Vdc is controlled.
  • the shortage of the output voltage of the inverter 1 and the distortion of the waveform of the output current Iiv are detected, and the lower limit voltage of the operating range of the DC voltage Vdc is made higher than usual, so that the first embodiment The same effect can be obtained.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
  • constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

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Abstract

 インバータ(1)の制御装置(2)であって、交流電力系統(7)の系統電圧(Vr)及びインバータ(1)に印加される直流電圧(Vdc)に基づいて、インバータ(1)の出力電圧の不足を検出し、出力電流(Iiv)に含まれる高調波に基づいて、出力電流(Iiv)の歪みを検出し、インバータ(1)を最大電力点追従制御し、出力電圧(Viv)の不足を検出して、出力電流(Iiv)の歪みを検出した場合、インバータ(1)に印加される直流電圧(Vdc)を、最大電力点追従制御による最大電力点(Pmpp)よりも低い電力点の電圧に制御する。

Description

太陽光発電用インバータの制御装置
 本発明は、太陽光発電用インバータの制御装置に関する。
 一般に、太陽光発電システムには、交流電力系統と連系するために、インバータが用いられる。インバータは、太陽電池により発電された直流電力を交流電力系統に同期した交流電力に変換して、交流電力系統に供給する。
 しかしながら、太陽光発電用インバータは、系統電圧の変動などにより、インバータの出力電圧が不足して出力電流に歪みが生じ、出力電流が逆流することがある(特許文献1参照)。
特開平11-122818号公報
 本発明の目的は、インバータの出力電圧の不足により出力電流に歪みが生じることを防止することのできる太陽光発電用インバータの制御装置を提供することにある。
 本発明の観点に従った太陽光発電用インバータの制御装置は、太陽光により発電された電力を交流電力系統と連系する交流電力に変換する太陽光発電用インバータの制御装置であって、前記交流電力系統の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記系統電圧検出手段により検出された前記系統電圧及び前記直流電圧検出手段により検出された前記直流電圧に基づいて、前記インバータの出力電圧の不足を検出する出力電圧不足検出手段と、前記インバータの出力電流を検出する出力電流検出手段と、前記出力電流検出手段により検出された前記出力電流に含まれる高調波に基づいて、前記出力電流の歪みを検出する出力電流歪み検出手段と、前記インバータを最大電力点追従制御する最大電力点追従制御手段と、前記出力電圧不足検出手段により前記出力電圧の不足が検出され、前記出力電流歪み検出手段により前記出力電流の歪みが検出された場合、前記インバータに印加される直流電圧を、前記最大電力点追従制御による最大電力点よりも低い電力点の電圧に制御する出力電流歪み時制御手段とを備えている。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るインバータの制御装置を適用した太陽光発電システムの構成を示す構成図である。 図2は、第1の実施形態に係る太陽電池による発電電力の特性を示す特性図である。 図3は、第1の実施形態に係る歪み防止指令部の構成を示す構成図である。 図4は、本発明の第2の実施形態に係るインバータの制御装置を適用した太陽光発電システムの構成を示す構成図である。 図5は、第2の実施形態に係る太陽電池による発電電力の特性を示す特性図である。
 以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
 図1は、本発明の第1の実施形態に係るインバータ1の制御装置2を適用した太陽光発電システム10の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。
 太陽光発電システム10は、インバータ1、制御装置2、太陽電池3、平滑コンデンサ4、交流フィルタ5、連系トランス6、交流電力系統7、直流電圧検出器11、直流電流検出器12、交流電流検出器13、及び交流電圧検出器14を備える。
 太陽電池3は、光(太陽光)により発電する電池である。太陽電池3は、発電した電力をインバータ1に供給する。
 インバータ1は、太陽電池3から供給される直流電力を交流電力系統7と同期する交流電力に変換する。インバータ1は、連系トランス6を介して、変換した交流電力を交流電力系統7に供給する。インバータ1は、パルス幅変調(PWM, pulse width modulation)で制御される。インバータ1は、制御装置2から出力されるゲート信号Gtにより電力変換の制御がされる。インバータ1は、例えば、PCS(power conditioning system)である。
 平滑コンデンサ4は、インバータ1の直流側(入力側)に設けられている。平滑コンデンサ4は、太陽電池3からインバータ1に供給される直流電圧を平滑化する。
 交流フィルタ5は、リアクトル51及びコンデンサ52を備えている。交流フィルタ5は、インバータ1から出力される高調波を抑制する。
 直流電圧検出器11は、インバータ1の直流側の電圧Vdc(平滑コンデンサ4の電圧)を計測するための検出器である。直流電圧検出器11は、検出した直流電圧Vdcを制御装置2に出力する。
 直流電流検出器12は、インバータ1の直流側に流れる電流Idcを計測するための検出器である。直流電流検出器12は、検出した直流電流Idcを制御装置2に出力する。
 交流電流検出器13は、インバータ1の交流側(出力側)の電流Iivを計測するための検出器である。交流電流検出器13は、検出した交流電流Iivを制御装置2に出力する。
 交流電圧検出器14は、交流電力系統7の系統電圧Vrを計測するための検出器である。交流電圧検出器14は、検出した系統電圧Vrを制御装置2に出力する。
 制御装置2は、電力演算部21と、MPPT(maximum power point tracking)22と、直流電圧制御部23、電流制御部24と、PWM制御部25、歪み防止指令部26とを備えている。
 電力演算部21は、直流電圧検出器11により検出された直流電圧Vdc及び直流電流検出器12により検出された直流電流Idcに基づいて、直流電力Pdcを演算する。電力演算部21は、演算した直流電力PdcをMPPT22に出力する。
 MPPT22は、電力演算部21により演算された直流電力Pdcに基づいて、直流電圧の増加又は減少させる電圧増減信号Vnを直流電圧制御部23に出力する。通常時(歪み防止指令部26から信号Spを受信していない場合)は、MPPT22は、最大電力点追従制御により決定された電圧増減信号Vnを出力する。歪み防止指令部26から信号Spを受信している場合、MPPT22は、最大電力点追従制御を行わずに、インバータ1の出力電流Iivの波形の歪みを防止するように決定された電圧増減信号Vnを出力する。
 図2を参照して、MPPT22による直流電圧Vdcの制御について説明する。図2は、本実施形態に係る太陽電池3による発電電力の特性を示す特性図である。
 MPPT2は、図2に示す最大電力点Pmppの電圧(最大電力点電圧)Vmppを追従する制御(最大電力点追従制御)を、次のように行う。
 まず、MPPT22は、ある電圧Vdcでの直流電力Pdcを計測する。
 次に、MPPT22は、直流電圧Vdcを予め決められた1段階分の電圧を昇圧(又は降圧)させる電圧増減信号Vnを出力する。直流電圧Vdcの上昇後(又は下降後)、MPPT22は、直流電力Pdcを計測する。MPPT22は、前回計測した直流電力Pdcと今回新たに計測した直流電力Pdcを比較する。
 比較した結果、今回新たに計測した直流電力Pdcの方が多い場合は、MPPT22は、前回と同じ電圧増減信号Vnを出力する。即ち、前回の電圧増減信号Vnが昇圧させる信号であれば、今回も電圧増減信号Vnを昇圧させる信号として出力する。前回の電圧増減信号Vnが降圧させる信号であれば、今回も電圧増減信号Vnを降圧させる信号として出力する。一方、今回新たに計測した直流電力Pdcの方が少ない場合は、MPPT22は、前回と異なる電圧増減信号Vnを出力する。
 上記の手順を繰り返すことにより、MPPT22は、直流電圧Vdcが常に最大電力点電圧Vmppの近傍にあるように制御する。
 直流電圧制御部23には、直流電圧検出器11により検出された直流電圧Vdc及びMPPT22により決定された電圧増減信号Vnが入力される。直流電圧制御部23は、直流電圧Vdc及び電圧増減信号Vnに基づいて、直流電圧Vdcを制御するための直流電圧指令値Vdcrを演算する。直流電圧制御部23は、演算した直流電圧指令値Vdcrを電流制御部24に出力する。
 電流制御部24には、交流電流検出器13により検出された出力電流Iiv、電力演算部21により演算された直流電力Pdc、及び直流電圧制御部23により演算された直流電圧指令値Vdcrが入力される。電流制御部24は、出力電流Iiv、直流電力Pdc、及び直流電圧指令値Vdcrに基づいて、インバータ1の出力電圧を制御するための電圧指令値Vivrを演算する。電流制御部24は、演算した電圧指令値VivrをPWM制御部25に出力する。
 PWM制御部25には、電流制御部24により演算された電圧指令値Vivrが入力される。PWM制御部25は、インバータ1の出力電圧を電圧指令値Vivrに追従させるように、インバータ1のスイッチング素子を駆動するゲート信号Gtを生成する。PWM制御部25は、生成したゲート信号Gtにより、インバータ1をPWM制御する。
 歪み防止指令部26には、直流電圧検出器11により検出された直流電圧Vdc、交流電流検出器13により検出されたインバータ1の出力電流Iiv、及び交流電圧検出器14により検出された交流電力系統7の系統電圧Vrが入力される。歪み防止指令部26は、直流電圧Vdc、出力電流Iiv及び系統電圧Vrに基づいて、出力電流Iivの歪みを防止するための制御が必要か否かを判断する。歪み防止指令部26は、出力電流Iivの歪みを防止するための制御が必要と判断した場合、この制御を行うための制御信号SpをMPPT22に出力する。
 図3は、本実施形態に係る歪み防止指令部26の構成を示す構成図である。
 歪み防止指令部26は、出力電圧不足検出部61、出力電流歪み検出部62、及びAND回路63を備える。
 出力電圧不足検出部61は、直流電圧Vdc及び系統電圧Vrに基づいて、インバータ1の出力電圧が不足しているか否かを判断する。出力電圧不足検出部61は、系統電圧Vrに応じて決定される基準電圧よりも直流電圧Vdcが低ければ、出力電圧が不足していると判断する。基準電圧は、系統電圧Vrに基づいて演算された電圧であれば、どのように演算されたものでもよい。例えば、基準電圧は、系統電圧Vrの波高値に予め設定された係数を掛けることにより演算される。出力電圧不足検出部61は、出力電圧が不足していると判断した場合、出力電圧の不足を検出したことを示す検出信号SvをAND回路63に出力する。
 例えば、連系トランス6の変圧比を1:1としたときに、直流電圧Vdcが系統電圧Vrの波高値よりも低い場合に、出力電圧不足検出部61は、出力電圧が不足していると判断する。即ち、インバータ1から系統電圧Vr相当の電圧を出力するために理論上必要最低限の電圧よりも直流電圧Vdcが下回ったときに、出力電圧不足検出部61は、出力電圧が不足していると判断する。従って、インバータ1が3次重畳制御されている場合は、直流電圧Vdcが系統電圧Vrの波高値よりも低くても、インバータ1の出力電圧が不足していないこともある。
 出力電流歪み検出部62は、出力電流Iivの波形が歪んでいるか否かを判断する。出力電流歪み検出部62は、出力電流Iivが歪んでいると判断した場合、出力電流Iivの歪みを検出したことを示す検出信号SiをAND回路63に出力する。
 出力電流歪み検出部62は、出力電流Iivの歪みを次のように検出する。まず、出力電流歪み検出部62は、出力電流Iivに重畳されている高調波を抽出する。抽出された高調波(例えば、第5高調波)が基本波に対して予め設定された比率(例えば、5%)以上であれば、出力電流歪み検出部62は、出力電流Iivが歪んでいると判断する。ここで、高調波は、偶数調波でも奇数調波でもよいし、何種類の高調波を抽出してもよい。
 AND回路63は、出力電圧不足検出部61により検出される検出信号Sv及び出力電流歪み検出部62により検出される検出信号Siを共に受信した場合、出力電流Iivの歪みを防止する制御を行うための制御信号SpをMPPT22に出力する。
 図2を参照して、制御信号Spを受信した場合のMPPT22の動作について説明する。
 制御信号Spを受信していない場合、MPPT22は、最大電力点追従制御を行うため、直流電圧Vdcは、最大電力点Pmppの電圧Vmpp近傍に制御されている。
 MPPT22は、制御信号Spを受信すると、最大電力点Pmppとは関係なく、直流電圧Vdcを昇圧するように、電圧増減信号Vnを出力する。これにより、太陽電池3から出力される電力Pdcは低下するが、直流電圧Vdcは上昇する。即ち、MPPT22は、太陽電池3の発電電力Pdcを絞ることで、直流電圧Vdcを上昇させる。MPPT22は、制御信号Spを受信しなくなるまで、直流電圧Vdcを上昇させる。これにより、MPPT22は、最大電力点Pmppよりも低い電力点P1の電圧V1で、インバータ1を制御する。
 MPPT22は、制御信号Spを受信しなくなった後(出力電圧不足検出部61でインバータ1の出力電圧の不足を検出しなくなるか、出力電流歪み検出部62でインバータ1の出力電流Iivの歪みを検出しなくなった後)、制御方式を最大電力点追従制御に戻す。なお、制御方式を最大電力点追従制御に戻す場合、条件をさらに追加してもよい。例えば、追加する条件としては、所定時間の経過でもよいし、系統電圧Vrが所定の電圧よりも低下したときでもよいし、太陽電池3の発電電力Pdcが所定の電力を超えたときでもよいし、これら以外の条件でもよい。
 本実施形態によれば、インバータ1の出力電圧の不足及び出力電流Iivの波形の歪みを検出して、最大電力点追従制御を止め、太陽電池3の発電電力Pdcを絞るように直流電圧Vdcを昇圧することで、出力電流Iivの波形の歪みを防止することができる。
(第2の実施形態)
 図4は、本発明の第2の実施形態に係るインバータ1の制御装置2Aを適用した太陽光発電システム10Aの構成を示す構成図である。
 太陽光発電システム10Aは、図1に示す第1の実施形態に係る太陽光発電システム10において、制御装置2を制御装置2Aに代えている。制御装置2Aは、第1の実施形態に係る制御装置2において、MPPT22をMPPT22Aに代え、直流電圧制御部23を直流電圧制御部23Aに代えたものである。その他は、第1の実施形態と同様である。
 MPPT22Aは、歪み防止指令部26からの制御信号Spを受信せずに、常時、最大電力点追従制御を行う。その他の点は、第1の実施形態に係るMPPT22と同様である。
 直流電圧制御部23Aは、歪み防止指令部26から制御信号Spを受信する。直流電圧制御部23Aは、制御信号Spを受信すると、出力電流Iivの歪みを防止するための制御をする。通常時(制御信号Spを受信していないとき)では、直流電圧制御部23Aは、第1の実施形態に係る直流電圧制御部23と同様に、MPPT22Aから受信する電圧増減信号Vnに従って、直流電圧Vdcを制御する。
 図5を参照して、制御信号Spを受信した場合の直流電圧制御部23Aによる制御について説明する。図5は、本実施形態に係る太陽電池3による発電電力の特性を示す特性図である。
 制御信号Spを受信していない場合、直流電圧制御部23Aは、MPPT22Aによる最大電力点追従制御に従って、直流電圧Vdcを制御する。このとき、直流電圧Vdcは、予め設定された下限電圧Vl1と上限電圧Vhとの間の運転範囲R0で制御される。この場合、直流電圧Vdcは、基本的に、最大電力点Pmppの電圧Vmpp近傍に制御されている。
 直流電圧制御部23Aは、制御信号Spを受信すると、運転範囲R0から運転範囲R1に変更する。運転範囲R1は、制御信号Spを受信する前の運転範囲R0の下限電圧Vl1を下限電圧Vl2に高くしたものである。ここで、変更する下限電圧Vl2は、予め設定されていてもよいし、交流電力系統7の系統電圧Vrに応じて決定してもよい。
 最大電力点追従制御により制御された直流電圧Vdcが下限電圧Vl2未満であれば、直流電圧制御部23Aは、MPPT22Aから受信する電圧増減信号Vnに関係なく、直流電圧Vdcを下限電圧Vl2になるように制御する。この場合、最大電力点追従制御による最大電力点Pmppよりも低い電力P2に制御される。
 一方、最大電力点追従制御により制御された直流電圧Vdcが下限電圧Vl2以上であれば、直流電圧制御部23Aは、通常の最大電力点追従制御と同様に、MPPT22Aから受信する電圧増減信号Vnに従って、直流電圧Vdcを制御する。
 本実施形態によれば、インバータ1の出力電圧の不足及び出力電流Iivの波形の歪みを検出して、直流電圧Vdcの運転範囲の下限電圧を通常よりも高くすることで、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
 なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (9)

  1.  太陽光により発電された電力を交流電力系統と連系する交流電力に変換する太陽光発電用インバータの制御装置であって、
     前記交流電力系統の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、
     前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
     前記系統電圧検出手段により検出された前記系統電圧及び前記直流電圧検出手段により検出された前記直流電圧に基づいて、前記インバータの出力電圧の不足を検出する出力電圧不足検出手段と、
     前記インバータの出力電流を検出する出力電流検出手段と、
     前記出力電流検出手段により検出された前記出力電流に含まれる高調波に基づいて、前記出力電流の歪みを検出する出力電流歪み検出手段と、
     前記インバータを最大電力点追従制御する最大電力点追従制御手段と、
     前記出力電圧不足検出手段により前記出力電圧の不足が検出され、前記出力電流歪み検出手段により前記出力電流の歪みが検出された場合、前記インバータに印加される直流電圧を、前記最大電力点追従制御による最大電力点よりも低い電力点の電圧に制御する出力電流歪み時制御手段と
    を備えたことを特徴とする太陽光発電用インバータの制御装置。
  2.  前記出力電流歪み時制御手段は、前記出力電圧不足検出手段により前記出力電圧の不足が検出されなくなるか、又は前記出力電流歪み検出手段により前記出力電流の歪みが検出されなくなるまで、前記直流電圧を昇圧すること
    を特徴とする請求項1に記載の太陽光発電用インバータの制御装置。
  3.  前記出力電流歪み時制御手段は、前記出力電圧不足検出手段により前記出力電圧の不足が検出され、前記出力電流歪み検出手段により前記出力電流の歪みが検出された場合、前記最大電力点追従制御による前記直流電圧の制御範囲の下限値を上げること
    を特徴とする請求項1に記載の太陽光発電用インバータの制御装置。
  4.  太陽光で発電する太陽電池と、
     前記太陽電池で発電された電力を交流電力系統と連系する交流電力に変換するインバータと、
     前記交流電力系統の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、
     前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
     前記系統電圧検出手段により検出された前記系統電圧及び前記直流電圧検出手段により検出された前記直流電圧に基づいて、前記インバータの出力電圧の不足を検出する出力電圧不足検出手段と、
     前記インバータの出力電流を検出する出力電流検出手段と、
     前記出力電流検出手段により検出された前記出力電流に含まれる高調波に基づいて、前記出力電流の歪みを検出する出力電流歪み検出手段と、
     前記インバータを最大電力点追従制御する最大電力点追従制御手段と、
     前記出力電圧不足検出手段により前記出力電圧の不足が検出され、前記出力電流歪み検出手段により前記出力電流の歪みが検出された場合、前記インバータに印加される直流電圧を、前記最大電力点追従制御による最大電力点よりも低い電力点の電圧に制御する出力電流歪み時制御手段と
    を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
  5.  前記出力電流歪み時制御手段は、前記出力電圧不足検出手段により前記出力電圧の不足が検出されなくなるか、又は前記出力電流歪み検出手段により前記出力電流の歪みが検出されなくなるまで、前記直流電圧を昇圧すること
    を特徴とする請求項4に記載の太陽光発電システム。
  6.  前記出力電流歪み時制御手段は、前記出力電圧不足検出手段により前記出力電圧の不足が検出され、前記出力電流歪み検出手段により前記出力電流の歪みが検出された場合、前記最大電力点追従制御による前記直流電圧の制御範囲の下限値を上げること
    を特徴とする請求項4に記載の太陽光発電システム。
  7.  太陽光により発電された電力を交流電力系統と連系する交流電力に変換する太陽光発電用インバータの制御方法であって、
     前記交流電力系統の系統電圧を検出し、
     前記インバータに印加される直流電圧を検出し、
     検出した前記系統電圧及び検出した前記直流電圧に基づいて、前記インバータの出力電圧の不足を検出し、
     前記インバータの出力電流を検出し、
     検出した前記出力電流に含まれる高調波に基づいて、前記出力電流の歪みを検出し、
     前記インバータを最大電力点追従制御し、
     前記出力電圧の不足を検出して、前記出力電流の歪みを検出した場合、前記インバータに印加される直流電圧を、前記最大電力点追従制御による最大電力点よりも低い電力点の電圧に制御する電流歪み時制御をすること
    を含むことを特徴とする太陽光発電用インバータの制御方法。
  8.  前記電流歪み時制御は、前記出力電圧の不足を検出しなくなるか、前記出力電流の歪みを検出しなくなるまで、前記直流電圧を昇圧すること
    を特徴とする請求項7に記載の太陽光発電用インバータの制御方法。
  9.  前記電流歪み時制御は、前記出力電圧の不足を検出して、前記出力電流の歪みを検出した場合、前記最大電力点追従制御による前記直流電圧の制御範囲の下限値を上げること
    を特徴とする請求項7に記載の太陽光発電用インバータの制御方法。
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