WO2017179478A1 - 太陽光発電用電力変換装置及び太陽光発電システム - Google Patents

太陽光発電用電力変換装置及び太陽光発電システム Download PDF

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輝 菊池
智道 伊藤
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device for photovoltaic power generation and a photovoltaic power generation system.
  • a photovoltaic power generation power conversion device is a power conversion device that converts DC power generated by a solar panel into AC power and supplies the power to the power system.
  • An example of a photovoltaic power conversion device includes a chopper and an inverter.
  • the DC power output from the solar panel is boosted by a chopper
  • the inverter converts the DC power output from the chopper into AC power having a commercial frequency, and transmits the AC power to the power system.
  • Another example is an inverter.
  • the inverter converts the DC power output from the solar panel into AC power having a commercial frequency and transmits it to the power system.
  • maximum power tracking MPPT: “Maximum Power Point Tracking”
  • the maximum power follow-up control is control that adjusts the panel voltage of the solar panel so that the output power of the solar panel becomes maximum by following the output characteristics of the solar panel that change depending on the surrounding environment.
  • maximum power tracking control is performed by the chopper or inverter adjusting the panel voltage of the solar panel.
  • Patent Document 1 describes a photovoltaic power conversion apparatus that stops maximum power tracking control and suppresses output power according to an output power suppression command when output power suppression is required.
  • the output power suppression may not be achieved depending on the output characteristics of the solar panel.
  • the output characteristics of the solar panel may change greatly.
  • the maximum power when the follow-up control is stopped and the control for reducing the output power is performed, a situation occurs in which the output tends to increase despite the output power suppression command being issued.
  • An object of the present invention is to provide a control device and the like that can appropriately suppress the output of the power converter for photovoltaic power generation according to the output power suppression command.
  • a plurality of solar panels a plurality of photovoltaic power conversion devices that convert the DC power output by the solar panels into AC power and output to the grid
  • the power will be increased if the panel voltage of the solar panel is changed.
  • the output of the second power conversion device different from the first power conversion device whose output of the conversion device is increasing is increased or when the output to the grid is decreased, the panel voltage of the solar panel is changed.
  • the structure of the 1st Example of a solar power generation system is shown.
  • the configuration of the control unit 8 is shown.
  • the structure of the inverter control part 9a is shown.
  • the configuration of the inverter control units 9b to 9n is the same.
  • the configuration of the output distribution control unit 10 is shown.
  • An example of operation when each of the solar panels 1a to 1n is performing maximum power tracking control and receiving an output upper limit command from the outside and suppressing the output is shown.
  • FIG. 6 shows an example of operation shown in FIG. 5 as a time waveform.
  • FIG. 7 is shown as a time waveform.
  • the operation example shown to a figure is shown as a time waveform.
  • the structure of the 2nd Example of a solar energy power generation system is shown.
  • An operation example in the case where each of the solar panels 1a to 1n is performing maximum power follow-up control and receives an output upper limit command from the outside to increase the respective output is shown.
  • the operation example shown in FIG. 12 is shown as a time waveform.
  • FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment of the photovoltaic power generation system.
  • the solar power generation system of the present embodiment includes solar panels 1a to 1n, inverters 2a to 2n, and a control unit 8.
  • the solar panels 1a to 1n are connected to the direct current portions of the inverters 2a to 2n, respectively, and the alternating current portions of the inverters 2a to 2n are connected to the three-phase power system 3.
  • the inverters 2a to 2n convert the DC power supplied from the solar panels 1a to 1n into AC power and supply it to the power system 3.
  • the voltage detectors 4a to 4n are provided on the output side of the solar panels 1a to 1n, and detect the output voltages of the solar panels 1a to 1n, respectively.
  • the voltage detectors 4a to 4n detect the DC voltages of the inverters 2a to 2n.
  • the current detectors 5a to 5n are provided on the output side of the solar panels 1a to 1n, and detect the output currents of the solar panels 1a to 1n, respectively.
  • the output currents of the solar panels 1a to 1n are the same as the input currents to the DC parts of the inverters 2a to 2n, respectively, and it can be said that the input currents to the DC parts of the inverters 2a to 2n are detected.
  • the voltage detectors 6a to 6n are provided on the output side of the inverters 2a to 2n, and detect the system voltage of the system to which the inverters 2a to 2n are connected.
  • Current detectors 7a to 7n detect output currents output to the systems connected to inverters 2a to 2n.
  • Voltage detection values and current detection values detected by the voltage detectors 4a to 4n, current detectors 5a to 5n, voltage detectors 6a to 6n, and current detectors 7a to 7n are input to the control unit 8.
  • an output upper limit command that is a signal for suppressing the output of the photovoltaic power converter is input to the control unit 8 from the outside.
  • the control unit 8 performs a predetermined calculation based on the input voltage detection value, current detection value, and output upper limit command, and outputs a gate pulse signal for driving the inverters 2a to 2n.
  • FIG. 2 shows the configuration of the control unit 8.
  • the inverter control units 9a to 9n receive the output voltage and output current of the solar panels 1a to 1n, the system voltage, and the output current of the inverters 2a to 2n, respectively, and output gate pulse signals for driving the inverters 2a to 2n. To do. Further, the inverters 2a to 2n calculate and output the electric power output to the electric power system 3, respectively.
  • the output distribution control unit 10 inputs the output power of the inverters 2a to 2n output from the inverter control units 9a to 9n, the output voltage of the panels 1a to 1n, and the output upper limit command input from the outside.
  • the output distribution control unit 10 When the photovoltaic power generation system performs the output suppression operation, the output distribution control unit 10 outputs a voltage command to each of the panels 1a to 1n when the output suppression operation is performed to the inverter control units 9a to 9n.
  • these commands will be referred to as an output suppression operation panel 1a voltage command, an output suppression operation panel 1b voltage command,..., An output suppression operation panel 1n voltage command.
  • the output distribution control unit 10 notifies the inverter control units 9a to 9n that the output suppression operation is not performed, instead of the panel voltage command for the output suppression operation. Is output.
  • FIG. 3 shows the configuration of the inverter control unit 9a.
  • the configuration of the inverter control units 9b to 9n is the same.
  • the inverter control unit 9a includes an MPPT control unit 11, an output control unit 12, a DC voltage control unit 13, a current control unit 14, a PWM control unit 15, and an output calculation unit 16.
  • the MPPT control unit 11 receives the output voltage and output current of the solar panel 1a as input, and performs maximum power tracking control so that the output power of the solar panel 1a is maximized. That is, a voltage command for the panel 1a when the maximum power follow-up operation is performed is output. Hereinafter, this command is referred to as a maximum power follow-up operation panel 1a voltage command.
  • the output control unit 12 inputs the maximum power follow-up operation panel 1a voltage command and the output suppression operation panel 1a voltage command output from the MPPT control unit 11, and outputs the voltage command of the panel 1a.
  • the output control unit 12 When the solar power generation system performs the output suppression operation, the output control unit 12 outputs the output suppression operation panel 1a voltage command as the voltage command of the panel 1a. On the other hand, when the output suppression operation is not performed, the panel 1a voltage command for maximum power follow-up operation is output as the voltage command for the panel 1a.
  • the DC voltage control unit 13 uses the panel 1a voltage command output from the output control unit 12 and the output voltage of the solar panel 1a as inputs, and creates a command for the current output from the inverter 2a.
  • the current control unit 14 receives the current command output from the DC voltage control unit 13, the system voltage of the power system 3, and the inverter 2a output current flowing from the inverter 2a to the power system 3, and the current command and the output current match.
  • the PWM control unit 15 receives the voltage command output from the current control unit 14 and performs PWM (Pulse Width Modulation) control, and outputs a gate pulse signal for driving the inverter 2a.
  • the output computation unit 16 computes and outputs the power output from the inverter 2a to the power system 3 with the system voltage of the power system 3 and the inverter 2a output current flowing from the inverter 2a to the power system 3 as inputs.
  • FIG. 4 shows the configuration of the output distribution control unit 10.
  • the output distribution control unit 10 includes panel state determination units 17a to 17n and an output suppression operation panel voltage command calculation unit 18.
  • Panel state determination units 17a to 17n receive the output power of inverters 2a to 2n and the output voltage of panels 1a to 1n as input, determine the panel states of panels 1a to 1n, and output the results.
  • the panel state refers to a state of whether or not the panel can reduce output.
  • the panel voltage command calculation unit 18 for output suppression operation determines which panel is to be greatly reduced by inputting the panel status of the panels 1a to 1n output from the panel status determination units 17a to 17n and the output upper limit command from the outside.
  • the panel voltage command of the panel is obtained, and the output suppression operation panel 1a voltage command, the output suppression operation panel 1b voltage command,..., The output suppression operation panel 1n voltage command are output. Note that which panel is greatly reduced is not limited to one panel, but may be a plurality of panels.
  • FIG. 5 shows an example of operation when the solar panels 1a to 1n are respectively performing maximum power tracking control, receiving an output upper limit command from the outside, and suppressing the output.
  • the relationship of the panel output with respect to the panel voltage in the panel 1a, the panel 1b, and the panel 1n is described.
  • the operating point When the maximum power tracking control is performed, the operating point is at the points Sa, Sb,..., Sn where the output is maximum in each panel.
  • the respective operation points are output suppression operation panel 1a voltage command output by the output distribution control unit 10, output suppression operation panel 1b voltage command, ... Operates according to the output 1n voltage command. That is, for panel 1a, the operating point is from point Sa to point P1a, for panel 1b, the operating point is from point Sb to point P1b, and for panel 1n, the operating point is from point Sn to point P1n.
  • the output of each panel is suppressed by moving in the direction.
  • the output distribution control unit 10 determines whether or not each panel can suppress output based on the panel state determined by the panel state determination units 17a to 17n. For example, in FIG. 5, since the output characteristics of the panel 1a have a plurality of convex shapes, the output of the panel 1a is less likely to decrease as the operating point approaches the point P1a from the point Sa. It can be seen that 1a is in a state where the output cannot be suppressed. On the other hand, the panel 1b does not become difficult to decrease the output of the panel 1b even when the operating point approaches the point P1b from the point Sb, so that it can be seen that the panel 1b can suppress the output.
  • the panel 1n does not become difficult to decrease the output of the panel 1n even when the operating point approaches the point P1n from the point Sn, so that it can be seen that the panel 1n can also suppress the output.
  • the panel voltage command calculation unit 18 for output suppression operation uses the panel state of the panels 1a to 1n determined by the panel state determination units 17a to 17n to output the output of the panel 1b, for example, instead of the panel 1a that cannot suppress the output. Output a voltage command to reduce excessively.
  • FIG. 6 shows the operation example shown in FIG. 5 as a time waveform.
  • the output of the panels 1a to 1n monotonously decreases from time 0 to T1, but the output of the panel 1a increases from time T1 to T2, so that the panel 1b reduces the output instead.
  • the total output of the panels 1a to 1n is reduced.
  • the output of panel 1a decreases. Instead, the output of panel 1b is increased to prevent the output of panel 1b from being reduced more than necessary.
  • the output target value of each panel is reached.
  • FIG. 7 shows another example of operation when the solar panels 1a to 1n are respectively performing maximum power tracking control, receiving an output upper limit command from the outside, and suppressing the output.
  • FIG. 8 shows the operation example shown in FIG. 7 as a time waveform as in FIG.
  • FIG. 9 shows another operation example when the solar panels 1a to 1n are performing maximum power follow-up control, receiving an output upper limit command from the outside, and suppressing the output, respectively.
  • FIG. 5 is different from FIG. 5 in that there is a state in which the output cannot be suppressed by a plurality of panels, such as the panel 1a and the panel 1b in which the output cannot be suppressed at the points P1a and P1b. In this way, even if the output cannot be suppressed by a plurality of panels, the total output may be suppressed by reducing the output of other panels excessively.
  • FIG. 10 shows the operation example shown in FIG. 9 as a time waveform as in FIG.
  • each panel output is not limited to the examples shown in FIGS. 5 to 10, and the operation point of each panel may be freely selected as long as the total output of each panel is suppressed according to the output upper limit command. There is no need to align each panel output later.
  • the other panel when suppressing the output of the power converter for photovoltaic power generation, if there is a panel whose output temporarily rises, the other panel will reduce the output excessively, so that the total output of the panel can be reduced. It can suppress and the output of the power converter device for photovoltaic power generation can be suppressed.
  • This example shows a configuration in the case where a chopper is further provided in the photovoltaic power generation system in Example 1.
  • FIG. 11 shows a configuration of a second embodiment of the solar power generation system.
  • the solar panels 1a to 1n are connected to the input parts of the choppers 19a to 19n, the output parts of the choppers 19a to 19n are connected to the direct current parts of the inverters 2a to 2n, respectively, and the alternating current parts of the inverters 2a to 2n are three Connected to phase power system 3.
  • the choppers 19a to 19n boost the DC power generated by the solar panels 1a to 1n, respectively, and supply the DC power to the DC parts of the inverters 2a to 2n.
  • the inverters 2a to 2n convert the DC power supplied from the choppers 19a to 19n into AC power, respectively, and supply the AC power to the power system 3.
  • the voltage detectors 4a to 4n detect the output voltages of the solar panels 1a to 1n, respectively.
  • the voltage detectors 4a to 4n can detect the input voltages of the choppers 19a to 19n, respectively.
  • the current detectors 5a to 5n detect the output currents of the solar panels 1a to 1n, respectively. Since the output currents of the solar panels 1a to 1n are the same as the input currents of the choppers 19a to 19n, the current detectors 5a to 5n can detect the input currents of the choppers 19a to 19n, respectively.
  • Voltage detectors 20a to 20n detect the DC voltages of inverters 2a to 2n, respectively.
  • Voltage detectors 6a to 6n detect the system voltage of the system to which inverters 2a to 2n are connected.
  • Current detectors 7a to 7n detect output currents output to the systems connected to inverters 2a to 2n.
  • Voltage detection values and current detection values detected by the voltage detectors 4a to 4n, current detectors 5a to 5n, voltage detectors 6a to 6n, current detectors 7a to 7n, and voltage detectors 20a to 20n are input to the control circuit 21. Is done.
  • an output upper limit command that is a signal for suppressing the output of the photovoltaic power conversion device is input to the control unit 21 from the outside.
  • the control circuit 21 performs a predetermined calculation based on the input voltage detection value, current detection value, and output upper limit command, and outputs gate pulse signals for driving the inverters 2a to 2n and choppers 19a to 19n.
  • FIG. 12 shows an operation example when the output upper limit command rises from P to P ′ and the respective outputs increase when the solar panels 1a to 1n receive the output upper limit command from the outside and suppress the output. Show. Similarly to FIGS. 5 and 7, the relationship of the panel output with respect to the panel voltage in the panel 1a, the panel 1b, and the panel 1n is described.
  • the respective operating points are output suppression operation panel 1a voltage command output by output distribution control unit 10, output suppression operation panel 1b voltage command, ..., output suppression operation panel 1n Operates according to the voltage command. That is, for panel 1a, the operating point is from point Ga to point P1a, for panel 1b, the operating point is from point Gb to point P1b, and for panel 1n, the operating point is from point Gn to point P1n.
  • the output of each panel is raised by moving in the direction.
  • the output distribution control unit 10 determines whether or not each panel can increase the output based on the panel state determined by the panel state determination units 17a to 17n.
  • the panel voltage command calculation unit 18 for output suppression operation uses the panel state of the panels 1a to 1n determined by the panel state determination units 17a to 17n, and outputs, for example, an extra output of the panel 1b instead of the panel 1a whose output cannot be increased.
  • Output voltage command to increase That is, when the operating point of panel 1a moves from point P1a to point P2a, the panel state output tends to decrease, so the operating point of panel 1b is moved from point P1b to point P2b.
  • the operating point of panel 1n is moved from point P1n to point P2n.
  • FIG. 13 shows the operation example shown in FIG. 12 as a time waveform.
  • the output of the panels 1a to 1n increases monotonously from time 0 to T1, but the output of the panel 1a decreases from time T1 to T2, so that the panel 1b increases the output instead.
  • the total output of the panels 1a to 1n is monotonously increased. From time T2 to T3, since all the panels are on an upward trend, the total output can be increased. At time T3, the output target value of each panel is reached.
  • 1a-1n Solar panel
  • 2a-2n Inverter
  • 3 Power system
  • 4a-4n Voltage detector
  • 5a-5n Current detector
  • 6a-6n Voltage detector
  • 7a-7n Current detector
  • 8 Control circuit
  • 9a to 9n Inverter control unit
  • 10 Output distribution control unit
  • 11 MPPT control unit
  • 12 Output control unit
  • 13 DC voltage control unit
  • 14 Current control unit
  • 15 PWM control
  • 16 Output calculation unit
  • 17a to 17n Panel state determination unit
  • 18 Panel voltage command calculation unit for output suppression operation
  • 19a to 19n Chopper
  • 20a to 20n Voltage detector

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Abstract

本発明は、電力抑制指令に従って、太陽光発電用電力変換装置が適切に出力抑制することができる制御装置を提供する。本発明による太陽光発電システムは、複数の太陽光パネルと、太陽光パネルが出力する直流電力を交流電力に変換して系統に出力する複数の太陽光発電用電力変換装置と、系統への出力を上昇させる場合に、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が減少傾向にある第１の電力変換装置がある場合、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が上昇傾向にある第１の電力変換装置とは異なる第２の電力変換装置の出力を上昇させ、または、系統への出力を下降させる場合に、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると、電力変換装置の出力が上昇傾向にある第３の電力変換装置がある場合、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が減少傾向にある第３の電力変換装置とは異なる第４の電力変換装置の出力を減少させる制御部を有する。

Description

太陽光発電用電力変換装置及び太陽光発電システム
　本発明は太陽光発電用電力変換装置及び太陽光発電システムに関する。
　太陽光発電用電力変換装置は、太陽光パネルで発電された直流電力を交流電力へ変換して電力系統に電力を供給する電力変換装置である。
　太陽光発電用電力変換装置の一例としてチョッパとインバータから構成されるものがある。これは、太陽光パネルが出力する直流電力をチョッパで昇圧し、チョッパの出力する直流電力をインバータが商用周波数の交流電力に変換して、電力系統へ送電するというものである。また、他の一例として、インバータから構成されるものがある。これは、太陽光パネルが出力する直流電力をインバータが商用周波数の交流電力に変換して、電力系統へ送電するというものである。
　このような太陽光発電用電力変換装置においては、一般的に、太陽光パネルの出力電力が最大となるように最大電力追従（MPPT: Maximum Power Point Tracking)制御を行う。最大電力追従制御とは、周囲環境によって変化する太陽光パネルの出力特性に追従して、太陽光パネルの出力電力が最大となるように太陽光パネルのパネル電圧を調整する制御である。このような最大電力追従制御はチョッパあるいはインバータが太陽光パネルのパネル電圧を調整することで行う。
　一方で、電力は需要と供給のバランスを常に図る必要がある。電力の需要に対して供給が多すぎる場合には、停電が発生するなど電力の安定供給に支障をきたすおそれがある。このような状況を避けるために、太陽光発電用電力変換装置においては、電力会社からの出力指令に従って太陽光パネルの出力を制御することが求められる。特許文献１には、出力電力抑制が求められた場合、出力電力抑制指令に従って、最大電力追従制御を停止し、出力電力を抑制する太陽光発電用電力変換装置が記載されている。
特開２０１３－１８３５７８
　しかし、出力電力抑制指令に従って、最大電力追従制御を停止し、出力電力を抑制する場合、太陽光パネルの出力特性によっては出力電力抑制を達成できない場合がある。例えば、雲などの影響で太陽光パネルに影が掛かると、太陽光パネルの出力特性が大きく変化する場合がある。具体的には、一点の最大値を有するような凸形状の出力特性を取らず、複数の凸形状を有する出力特性を有する太陽光発電用電力変換装置において、特許文献１のように、最大電力追従制御を停止し、出力電力を減少させる制御を行うと、出力電力抑制指令が出されているにも関わらず、出力が上昇傾向に転じる状況が生じてしまう。
　本発明は、出力電力抑制指令に従って、太陽光発電用電力変換装置が適切に出力抑制することができる制御装置等を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、例えば、複数の太陽光パネルと、太陽光パネルが出力する直流電力を交流電力に変換して系統に出力する複数の太陽光発電用電力変換装置と、系統への出力を上昇させる場合に、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が減少傾向にある第１の電力変換装置がある場合には、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が上昇傾向にある第１の電力変換装置とは異なる第２の電力変換装置の出力を上昇させ、または、系統への出力を下降させる場合に、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると、電力変換装置の出力が上昇傾向にある第３の電力変換装置がある場合には、太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が減少傾向にある第３の電力変換装置とは異なる第４の電力変換装置の出力を減少させる。
　本発明によれば、出力電力抑制指令に従って、太陽光発電用電力変換装置が適切に出力抑制することができる制御装置等を提供することが可能となる。
太陽光発電システムの第一の実施例の構成を示す。 制御部8の構成を示す。 インバータ制御部9aの構成を示す。なお、インバータ制御部9b～9nの構成も同様である。 出力配分制御部10の構成を示す。 太陽光パネル1a～1nがそれぞれ最大電力追従制御を行っている時に、外部から出力上限指令を受けて、それぞれ出力を抑制する時の動作例を示す。 図５に示した動作例を時間波形として示したものである。 太陽光パネル1a～1nがそれぞれ最大電力追従制御を行っている時に、外部から出力上限指令を受けて、それぞれ出力を抑制する時の別の動作例を示す。 図７に示した動作例を時間波形として示したものである。 太陽光パネル1a～1nがそれぞれ最大電力追従制御を行っている時に、外部から出力上限指令を受けて、それぞれ出力を抑制する時の別の動作例を示す。 図に示した動作例を時間波形として示したものである。 太陽光発電システムの第二の実施例の構成を示す。 太陽光パネル1a～1nがそれぞれ最大電力追従制御を行っている時に、外部から出力上限指令を受けて、それぞれの出力を上昇させる場合の動作例を示す。 図１２に示した動作例を時間波形として示したものである。
　以下、本発明に係る太陽光発電用電力変換装置及びその実施例について図面を参照しながら説明する。
　図１は、太陽光発電システムの第一の実施例の構成を示す。
　本実施例の太陽光発電システムは、太陽光パネル1a～1n、インバータ2a～2nおよび制御部8を有している。太陽光パネル1a～1nは、それぞれインバータ2a～2nの直流部と接続し、インバータ2a～2nの交流部は三相の電力系統3と接続されている。インバータ2a～2nは、太陽光パネル1a～1nから供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統3に供給する。電圧検出器4a～4nは、太陽光パネル1a～1nの出力側に設けられており、それぞれ太陽光パネル1a～1nの出力電圧を検出する。なお、太陽光パネル1a～1nの出力電圧は、それぞれインバータ2a～2nの直流電圧と同じであるので、電圧検出器4a～4nはインバータ2a～2nの直流電圧を検出するということもできる。電流検出器5a～5nは、太陽光パネル1a～1nの出力側に設けられており、それぞれ太陽光パネル1a～1nの出力電流を検出する。なお、太陽光パネル1a～1nの出力電流は、それぞれインバータ2a～2nの直流部への入力電流と同じであり、インバータ2a～2nの直流部への入力電流を検出するということもできる。電圧検出器6a～6nは、インバータ2a～2nの出力側に設けられており、インバータ2a～2nがそれぞれ連系する系統の系統電圧を検出する。電流検出器7a～7nは、インバータ2a～2nがそれぞれ連系する系統に出力する出力電流を検出する。電圧検出器4a～4n、電流検出器5a～5n、電圧検出器6a～6n、電流検出器7a～7nの検出する電圧検出値や電流検出値は制御部8に入力される。また、制御部8には、太陽光発電用電力変換装置の出力を抑制するための信号である出力上限指令が外部から入力される。制御部8は、入力された電圧検出値や電流検出値や出力上限指令に基づいて所定の演算を行い、インバータ2a～2nを駆動するためのゲートパルス信号を出力する。
　図２は、制御部8の構成を示す。
　インバータ制御部9a～9nは、それぞれ太陽光パネル1a～1nの出力電圧及び出力電流、系統電圧、インバータ2a～2nの出力電流を入力として、インバータ2a～2nを駆動するためのゲートパルス信号を出力する。また、インバータ2a～2nがそれぞれ電力系統3に出力する電力を演算して出力する。出力配分制御部10は、インバータ制御部9a～9nがそれぞれ出力するインバータ2a～2nの出力電力、パネル1a～1nの出力電圧、外部から入力される出力上限指令を入力する。太陽光発電システムが出力抑制運転を行う場合、出力配分制御部10は、インバータ制御部9a～9nに出力抑制運転を行う場合のパネル1a～1nのそれぞれに対する電圧指令を出力する。以下、それぞれの指令を出力抑制運転用パネル1a電圧指令、出力抑制運転用パネル1b電圧指令、・・・、出力抑制運転用パネル1n電圧指令と呼称する。一方、太陽光発電システムが出力抑制運転を行わない場合、出力配分制御部10は、出力抑制運転用パネル電圧指令の代わりにインバータ制御部9a～9nにそれぞれ出力抑制運転を行わないことを伝える信号を出力する。
　図３は、インバータ制御部9aの構成を示す。なお、インバータ制御部9b～9nの構成も同様である。
　インバータ制御部9aは、MPPT制御部11、出力制御部12、直流電圧制御部13、電流制御部14、PWM制御部15および出力演算部16からなる。MPPT制御部11は、太陽光パネル1aの出力電圧及び出力電流を入力として、太陽光パネル1aの出力電力が最大になるように最大電力追従制御を行う。すなわち、最大電力追従運転を行う場合のパネル1aに対する電圧指令を出力する。以下、この指令を最大電力追従運転用パネル1a電圧指令と呼称する。出力制御部12は、MPPT制御部11の出力する最大電力追従運転用パネル1a電圧指令と出力抑制運転用パネル1a電圧指令を入力し、パネル1aの電圧指令を出力する。太陽光発電システムが出力抑制運転を行う場合は、出力制御部12はパネル1aの電圧指令として出力抑制運転用パネル1a電圧指令を出力する。一方、出力抑制運転を行わない場合は、パネル1aの電圧指令として最大電力追従運転用パネル1a電圧指令を出力する。直流電圧制御部13は、出力制御部12の出力するパネル1a電圧指令と太陽光パネル1aの出力電圧を入力として、インバータ2aの出力する電流の指令を作成する。電流制御部14は、直流電圧制御部13の出力する電流指令と、電力系統3の系統電圧と、インバータ2aから電力系統3へ流れるインバータ2a出力電流を入力として、電流指令と出力電流が一致するように電流制御を行い、インバータ2aの出力電圧の指令を出力する。PWM制御部15は、電流制御部14が出力する電圧指令を入力として、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、インバータ2aを駆動するためのゲートパルス信号を出力する。出力演算部16は、電力系統3の系統電圧とインバータ2aから電力系統3へ流れるインバータ2a出力電流を入力として、インバータ2aが電力系統3へ出力する電力を演算して出力する。
　図４は、出力配分制御部10の構成を示す。
　出力配分制御部10は、パネル状態判定部17a～17nおよび出力抑制運転用パネル電圧指令演算部１８を有する。パネル状態判定部17a～17nは、インバータ2a～2nの出力電力、パネル1a～1nの出力電圧を入力として、パネル1a～1nのそれぞれのパネル状態を判定し、その結果を出力する。ここでパネル状態とは、そのパネルが出力を低減できるか否かの状態をいう。出力抑制運転用パネル電圧指令演算部18は、パネル状態判定部17a～17nの出力するパネル1a～1nのパネル状態及び外部からの出力上限指令を入力として、どのパネルを大きく減少させるか決め、各パネルのパネル電圧指令を求め、出力抑制運転用パネル1a電圧指令、出力抑制運転用パネル1b電圧指令、・・・、出力抑制運転用パネル1n電圧指令を出力する。なお、どのパネルを大きく減少させるかについては、１つのパネルに限らず、複数のパネルであってもよい。
　図５は、太陽光パネル1a～1nがそれぞれ最大電力追従制御を行っている時に、外部から出力上限指令を受けて、それぞれ出力を抑制する時の動作例を示す。ここでは、パネル１a、パネル1bおよびパネル1nにおける、パネル電圧に対するパネル出力の関係を記載している。
　最大電力追従制御を行っている時は、夫々のパネルにおいて、動作点は出力が最大になる点Sa、Sb、・・・、Snにある。外部から上限値をPとする出力上限指令を受けると、それぞれの動作点は出力配分制御部10が出力する出力抑制運転用パネル1a電圧指令、出力抑制運転用パネル1b電圧指令、・・・、出力抑制運転用パネル1n電圧指令に従って動作する。すなわち、パネル1aに関しては、動作点は点Saから点P1aの方向へ、パネル1bに関しては、動作点は点Sbから点P1bの方向へ、パネル1nに関しては、動作点は点Snから点P1nの方向へ移動することでそれぞれのパネルの出力を抑制する。この時、出力配分制御部10は、パネル状態判定部17a～17nにおいて判定したパネル状態に基づいて、各パネルが出力を抑制できるか否かを判定する。例えば、図５において、パネル1aの出力特性は、複数の凸形状を有しているので、パネル1aは動作点が点Saから点P1aに近づくにつれてパネル1aの出力が下がりにくくなることから、パネル1aが出力を抑制できない状態にあることが分かる。一方、パネル1bは、動作点が点Sbから点P1bに近づいてもパネル1bの出力が下がりにくくなることはないので、パネル1bが出力を抑制できる状態にあることが分かる。同様にパネル1nは、動作点が点Snから点P1nに近づいてもパネル1nの出力が下がりにくくなることはないので、パネル1nも出力を抑制できる状態にあることが分かる。この場合、出力を抑制できないパネル1aの代わりに他の出力を抑制できるパネルが余分に出力を抑制すれば、全体の合計出力は抑制することができる。そこで、出力抑制運転用パネル電圧指令演算部18は、パネル状態判定部17a～17nが判定したパネル1a～1nのパネル状態を用いて、出力を抑制できないパネル1aの代わりに例えばパネル1bの出力を余分に低減する電圧指令を出力する。すなわち、パネル1aの動作点が点P1aから点P2aに移動する時は、パネル1bの動作点は点P1bから点P2bに移動させる。なお、パネル1nの動作点は点P1nから点P2nに移動させる。その後、パネル1aの動作点が点P2aから点Gaに移動する時は、パネル1bの動作点は点P2bから点Gbに移動させる。なお、パネル1nの動作点は点P2nから点Gnに移動させる。このようにすることで、全体の合計出力を抑制することが可能になる。
　図６は、図５に示した動作例を時間波形として示したものである。
　図６に示すように、時刻0～T1まではパネル1a～1nは単調に出力が低減するが、時刻T1～T2ではパネル1aの出力が上昇するので、その代わりにパネル1bが出力を低減することで、パネル1a～1nの合計出力を低減させる。時刻T2～T3ではパネル1aの出力が下降するので、その代わりにパネル1bの出力を上昇させて必要以上にパネル1bの出力が低減するのを防止している。時刻T3ではそれぞれのパネルの出力目標値に到達している。
　図７は、太陽光パネル1a～1nがそれぞれ最大電力追従制御を行っている時に、外部から出力上限指令を受けて、それぞれ出力を抑制する時の別の動作例を示す。
　図５と異なるのは、点P1aで出力を抑制できないパネル1aの代わりに、例えばパネル1b及びパネル1nのような複数のパネルが出力を余分に低減することで、全体の合計出力を抑制している点である。このように、複数のパネルが余分に出力を低減することで、全体の合計出力を抑制しても良い。図８は、図６と同様、図７に示した動作例を時間波形として示したものである。
　図９は、太陽光パネル1a～1nがそれぞれ最大電力追従制御を行っている時に、外部から出力上限指令を受けて、それぞれ出力を抑制する時の別の動作例を示す。
　図５と異なるのは例えば点P1a、点P1bで出力を抑制できないパネル1a、パネル1bのように複数のパネルで出力を抑制できない状態があることである。このように、複数のパネルで出力を抑制できない状態であっても、その他のパネルが余分に出力を低減することで、全体の合計出力を抑制しても良い。図１０は、図６と同様、図９に示した動作例を時間波形として示したものである。
　なお、各パネル出力の動作は図５～図１０に示した例に限らず、各パネルの合計出力が出力上限指令に従って抑制されるのであれば各パネルの動作点は自由に選んで良く、抑制後の各パネル出力を揃える必要もない。
　以上のように、太陽光発電用電力変換装置の出力を抑制する場合に、一時的に出力が上昇するパネルがある場合はその他のパネルが余分に出力を低減することで、パネルの合計出力を抑制し、太陽光発電用電力変換装置の出力を抑制することができる。
　本実施例は、実施例1における太陽光発電システムにおいて、チョッパを更に設けた場合の構成を示す。
　図１１は、太陽光発電システムの第二の実施例の構成を示す。
　太陽光パネル1a～1nは、それぞれチョッパ19a～19nの入力部に接続され、チョッパ19a～19nの出力部はそれぞれインバータ2a～2nの直流部と接続され、インバータ2a～2nの交流部はそれぞれ三相の電力系統3と接続される。チョッパ19a～19nは、それぞれ太陽光パネル1a～1nの発電する直流電力を昇圧し、インバータ2a～2nの直流部に直流電力を供給する。インバータ2a～2nは、それぞれチョッパ19a～19nから供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統3に供給する。電圧検出器4a～4nは、それぞれ太陽光パネル1a～1nの出力電圧を検出する。なお、太陽光パネル1a～1nの出力電圧はそれぞれチョッパ19a～19nの入力電圧と同じなので、電圧検出器4a～4nはそれぞれチョッパ19a～19nの入力電圧を検出できる。電流検出器5a～5nはそれぞれ太陽光パネル1a～1nの出力電流を検出する。なお、太陽光パネル1a～1nの出力電流は、それぞれチョッパ19a～19nの入力電流と同じであるため、電流検出器5a～5nはそれぞれチョッパ19a～19nの入力電流を検出できる。電圧検出器20a～20nは、それぞれインバータ2a～2nの直流電圧を検出する。電圧検出器6a～6nは、インバータ2a～2nがそれぞれ連系する系統の系統電圧を検出する。電流検出器7a～7nは、インバータ2a～2nがそれぞれ連系する系統に出力する出力電流を検出する。電圧検出器4a～4n、電流検出器5a～5n、電圧検出器6a～6n、電流検出器7a～7n、電圧検出器20a～20nの検出する電圧検出値や電流検出値は制御回路21に入力される。また、制御部21には太陽光発電用電力変換装置の出力を抑制するための信号である出力上限指令が外部から入力される。制御回路21は入力された電圧検出値や電流検出値や出力上限指令に基づいて所定の演算を行い、インバータ2a～2n、チョッパ19a～19nを駆動するためのゲートパルス信号を出力する。
　このような構成でも同様に、太陽光発電用電力変換装置の出力を抑制する場合に、一時的に出力が上昇するパネルがある場合はその他のパネルが余分に出力を低減することで、パネルの合計出力を抑制し、太陽光発電用電力変換装置の出力を抑制することができる。
　図１２は、太陽光パネル1a～1nが外部から出力上限指令を受けて出力抑制を行っている時に、出力上限指令がPからP’に上昇してそれぞれの出力を上昇させる場合の動作例を示す。図５および図７と同様、パネル１a、パネル1bおよびパネル1nにおける、パネル電圧に対するパネル出力の関係を記載している。
　外部から出力上昇指令を受けると、それぞれの動作点は出力配分制御部10が出力する出力抑制運転用パネル1a電圧指令、出力抑制運転用パネル1b電圧指令、・・・、出力抑制運転用パネル1n電圧指令に従って動作する。すなわち、パネル1aに関しては、動作点は点Gaから点P1aの方向へ、パネル1bに関しては、動作点は点Gbから点P1bの方向へ、パネル1nに関しては、動作点は点Gnから点P1nの方向へ移動することでそれぞれのパネルの出力を上昇させる。この時、出力配分制御部10は、パネル状態判定部17a～17nにおいて判定したパネル状態に基づいて、各パネルが出力を上昇させることができるか否かを判定する。出力抑制運転用パネル電圧指令演算部18は、パネル状態判定部17a～17nが判定したパネル1a～1nのパネル状態を用いて、出力が上昇できないパネル1aの代わりに例えばパネル1bの出力を余分に上昇させる電圧指令を出力する。すなわち、パネル1aの動作点が点P1aから点P2aに移動する時は、パネル状態出力が減少傾向にあるため、パネル1bの動作点は点P1bから点P2bに移動させる。なお、パネル1nの動作点は点P1nから点P2nに移動させる。このようにすることで、全体の合計出力を上昇させることが可能になる。
　図１３は、図１２に示した動作例を時間波形として示したものである。
　図１３に示すように、時刻0～T1まではパネル1a～1nは単調に出力が上昇するが、時刻T1～T2ではパネル1aの出力が減少するので、その代わりにパネル1bが出力を上昇させることで、パネル1a～1nの合計出力を単調に増加させる。時刻T2～T3ではいずれのパネルも上昇傾向にあるため、合計出力を増加傾向で推移させることが出来る。時刻T3ではそれぞれのパネルの出力目標値に到達している。
　以上のように、本実施例によれば、複数のパネルのパネル出力の増減傾向が異なる場合であっても、系統に対する出力上昇指令を満たすように、各パネルの出力を制御することが可能である。
1a～1n：太陽光パネル，2a～2n：インバータ，3：電力系統，4a～4n：電圧検出器，5a～5n：電流検出器，6a～6n：電圧検出器，7a～7n：電流検出器，8：制御回路，9a～9n：インバータ制御部，10：出力配分制御部，11：MPPT制御部，12：出力制御部，13：直流電圧制御部，14：電流制御部，15：PWM制御部，16：出力演算部，17a～17n：パネル状態判定部，18：出力抑制運転用パネル電圧指令演算部，19a～19n：チョッパ，20a～20n：電圧検出器

Claims (4)

  1. 　複数の太陽光パネルと、
    　前記太陽光パネルが出力する直流電力を交流電力に変換して系統に出力する複数の太陽光発電用電力変換装置と、
    　前記系統への出力を上昇させる場合に、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると前記電力変換装置の出力が減少傾向にある第１の電力変換装置がある場合には、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が上昇傾向にある前記第１の電力変換装置とは異なる第２の電力変換装置の出力を上昇させ、
    　または、
    　前記系統への出力を下降させる場合に、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると、前記電力変換装置の出力が上昇傾向にある第３の電力変換装置がある場合には、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が減少傾向にある前記第３の電力変換装置とは異なる第４の電力変換装置の出力を減少させる制御部と、
    　を有することを特徴とする太陽光発電システム。
  2. 　請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　前記制御部は、前記複数の太陽光パネルのパネル状態を判定するパネル状態判定部を備え、前記判定の結果に基づいて、前記第２の電力変換装置または前記第４の電力変換装置を決定することを特徴とする太陽光発電システム。
  3. 　請求項２に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　前記パネル状態判定部は、前記電力変換装置の出力電力または前記太陽光パネルのパネル電圧、及び前記太陽光パネルの出力電圧の変化に基づいて前記太陽光パネルの状態を判定することを特徴とする太陽光発電システム。
  4. 　太陽光パネルが出力する直流電力を交流電力に変換して系統に出力する複数の太陽光発電用電力変換装置は、
    　前記系統への出力を上昇させる場合に、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると前記電力変換装置の出力が減少傾向にある第１の電力変換装置がある場合には、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が上昇傾向にある前記第１の電力変換装置とは異なる第２の電力変換装置の出力を上昇させ、
    　または、
    　前記系統への出力を下降させる場合に、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると、前記電力変換装置の出力が上昇傾向にある第３の電力変換装置がある場合には、前記太陽光パネルのパネル電圧を変動させると電力変換装置の出力が減少傾向にある前記第３の電力変換装置とは異なる第４の電力変換装置の出力を減少させる制御部を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
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