太阳能发电系统的运行控制装置制造方法
【专利摘要】本发明的太阳能发电系统的运行控制装置能扩大功率转换器的运行范围，能有效利用太阳能电池的发电功率。太阳能发电系统利用功率转换器（2）将来自太阳能电池（1）的直流功率进行交流功率转换并将转换后的功率提供给交流电力系统（4），在功率转换器（2）与交流电力系统（4）之间的互连点处包括开关（5），该太阳能发电系统的运行控制装置包括：基于电压检测器（8）检测出的电压的移动平均电压来求出功率转换器（2）的运行判定值的判定值运算器（15）；对太阳能电池1的直流输出电压进行检测的直流电压检测器（10）；以及运行判定器（11），该运行判定器（11）获取直流电压检测器（10）检测出的直流输出电压（A）与判定值运算器15求出的运行判定值（B）并对两者进行比较，在直流输出电压（A）大于运行判定值（B）时，对功率转换器（2）提供运行指令。
【专利说明】太阳能发电系统的运行控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能发电系统中的功率转换器(功率调节器:Power Conditioner)的运行控制装置。
【背景技术】
[0002]专利文献I中作为能有效利用太阳能电池的发电功率的技术，公开了如下发明:将功率转换装置的有功电流输出保持恒定的同时使相位提前的无功电流流过，从而抑制连接有功率转换装置与电カ系统的电カ接受点的电压上升。
[0003]在专利文献2中记载有如下发明:与电カ系统进行互连运行的分散配置型电源的输出功率为了将互连点电压维持在固定值而抑制其大幅度振荡，为此，对互连点电压设置上限值和下限值，在互连点电压处于该范围内时，持续进行两种控制(一般情况下、以100%功率因数以输出最大功率的方式进行运行，仅在互连点电压超过限制值的情况下、对有功功率和相位提前的无功功率两者进行控制以抑制互连点电压)以将互连点电压抑制在上限值以下，且仅当互连点电压在下限值以下时，返回到输出100%功率因数的最大功率的一般运行。
[0004]以往，利用功率转换器(功率调节器)将太阳能电池所发出的直流功率转换成交流功率来提供给交流电カ系统，在这种系统中存在如下问题点。在上述功率转换器中，将交流电压提供给交流电カ系统时，若来自太阳能发电装置的直流电压不超过最低值(下限值)，则不进行功率转换。将极限值加余量值作为此时的最低值(下限值)，然而由于交流侧发生电压变动，因此，无法有效利用太阳能电池的发电功率。
[0005]功率转换器的输入电压即直流电压超过最低值(下限值)时，使功率转换器运行，然而，该直流电压的最低值(下限值)保持固定。此处，直流电压的最低值(下限值)决定了太阳能发电装置处于最恶劣条件下的值。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本授权专利第3528879号
[0009]专利文献2:日本授权专利第3407234号
【发明内容】
[0010]发明所要解决的技术问题
[0011]但是，实际上，太阳能电池的输出即直流电压较低也能使功率转换器运行，然而在现有的系统中，将直流电压最低值(下限值)保持固定。其结果是，无论太阳能电池是否在发电，在功率转换器不运行的情况下会浪费太阳能电池的发电功率。
[0012]本发明的目的在于提供一种太阳能发电系统的运行控制装置，其能扩大功率转换器的运行范围、能有效利用太阳能电池的发电功率。
[0013]解决技术问题所采用的技术方案[0014]为了达到上述目的，与权利要求1对应的发明涉及太阳能发电系统的运行控制装置，该太阳能发电系统利用功率转换器对来自太阳能电池的直流功率进行功率转换，将该转换后的功率提供给交流电力系统，且在所述功率转换器与所述交流电力系统之间的互连点处具备开关，该太阳能发电系统的运行控制装置包括:对所述开关的所述功率转换器一侧的电压及所述交流电力系统一侧的电压进行检测的电压检测器；接通判定器，该接通判定器输入有所述电压检测器的所述功率转换器一侧的电压和所述交流电力系统一侧的电压，在两个电压值大致相等时，对所述开关提供接通指令；判定值运算器，该判定值运算器基于所述电压检测器检测出的所述交流电力系统一侧的电压来求出所述功率转换器的运行判定值；直流电压检测器，该直流电压检测器对所述太阳能电池的直流输出电压进行检测；以及运行判定器，该运行判定器获取所述直流电压检测器检测出的直流输出电压和所述判定值运算器求出的运行判定值并将两者进行比较，在所述直流输出电压大于所述运行判定值时，对所述功率转换器提供运行指令。
[0015]为了达到上述目的，与权利要求2对应的发明涉及太阳能发电系统的运行控制装置，该太阳能发电系统利用功率转换器将来自太阳能电池的直流功率转换成单相交流功率，将该转换后的单相交流功率提供给交流电力系统，且在所述功率转换器与所述交流电力系统之间的互连点处具备开关，该太阳能发电系统的运行控制装置包括:对所述开关的所述功率转换器一侧的电压及所述交流电力系统一侧的单相交流电压进行检测的电压检测器；接通判定器，该接通判定器输入有所述电压检测器的所述功率转换器一侧的电压和所述交流电力系统一侧的电压，在两个电压值大致相等时，对所述开关提供接通指令；判定值运算器，该判定值运算器利用所述电压检测器检测出的所述交流电力系统一侧的移动平均电压与余量的乘积来求出所述功率转换器的运行判定值；直流电压检测器，该直流电压检测器对所述太阳能电池的直流输出电压进行检测；以及运行判定器，该运行判定器获取所述直流电压检测器检测出的直流输出电压和所述判定值运算器求出的运行判定值并将两者进行比较，在所述直流输出电压大于所述运行判定值时，对所述功率转换器提供运行指令。
[0016]为了达到上述目的，与权利要求3对应的发明涉及太阳能发电系统的运行控制装置，该太阳能发电系统利用功率转换器将来自太阳能电池的直流功率转换成三相交流功率，将该转换后的三相交流功率提供给交流电力系统，且在所述功率转换器与所述交流电力系统之间的互连点处具备开关，该太阳能发电系统的运行控制装置包括:对所述开关的所述功率转换器一侧的电压及所述交流电力系统一侧的电压进行检测的电压检测器；接通判定器，该接通判定器输入有所述电压检测器的所述功率转换器一侧的电压和所述交流电力系统一侧的电压，在两个电压值大致相等时，对所述开关提供接通指令；判定值运算器，该判定值运算器利用所述电压检测器检测出的所述交流电力系统一侧的移动平均电压与
1.35及余量的乘积来求出所述功率转换器的运行判定值；直流电压检测器，该直流电压检测器对所述太阳能电池的直流输出电压进行检测；以及运行判定器，该运行判定器获取所述直流电压检测器检测出的直流输出电压和所述判定值运算器求出的运行判定值并将两者进行比较，在所述直流输出电压大于所述运行判定值时，对所述功率转换器提供运行指令。
[0017]发明效果[0018]根据上述的本发明，使太阳能电池的最小输入运行设定值根据交流电カ系统的电压而变动，从而能扩大功率转换器(逆变器)的运行范围。
[0019]功率转换器的运行范围扩大、且功率转换器的启动开始时刻提前，因此，能使总的发电量得以增加。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是用于说明本发明的实施方式I的简要结构图。
[0021]图2是用于说明图1的功率转换器的动作的曲线图。
[0022]图3是用于说明图1的动作的图。
[0023]图4是用于说明本发明的实施方式2的简要结构图。
[0024]图5是用于说明本发明的实施方式2的简要结构图。
【具体实施方式】
[0025]以下，參照附图来说明本发明的实施方式。本发明涉及太阳能发电系统，该太阳能发电系统例如利用由逆变器构成的功率转换器2将来自太阳能电池(PV)I的直流功率进行功率转换，将该转换后的功率提供给交流电カ系统4，在功率转换器2与交流电カ系统4之间的互连点处具备开关5，且在功率转换器2和开关5的连接母线上串联连接有电抗器3，在该连接母线上并联连接有电容器6，该太阳能发电系统具备以下结构。
[0026]太阳能发电系统的运行控制装置包括:处于开关5的功率转换器2—侧、具体而言对电容器6与开关5之间的电压进行检测的交流电压检测器(例如PT) 7 ;处于交流电カ系统4 ー侧、具体而言对交流电カ系统4与开关5之间的电压进行检测的交流电压检测器(例如PT)8 ;输入有由电压检测器7检测出的电压C和电压检测器8检测出的电压D且在两个电压值大致相等时对开关5提供接通指令的接通判定器9 ;基于电压检测器8检测出的电压的移动平均电压来求出功率转换器2的运行判定值的判定值运算器15 ;对太阳能电池I的直流输出电压进行检测的直流电压检测器10 ；以及运行判定器11，该运行判定器11获取直流电压检测器10检测出的直流输出电压A和判定值运算器15求出的运行判定值B并对两者进行比较，且在直流输出电压A大于运行判定值B时对功率转换器2提供运行指令。
[0027]此处，移动平均电压是指将电压检测器8检测出的某一时间段中的电压值的瞬间值之和除以时间来得到的值。
[0028]图2是用于说明功率转换器2的动作的图，纵轴表示太阳能电池I的直流输出电压即功率转换器2的输入直流电压，横轴表示交流电カ系统4的系统电压。图2中，现有的太阳能发电系统对功率转换器2的最小运行范围进行设定需要考虑系统电压上限值，因此，在图2中的斜线部分的范围内无法有效利用来自太阳能电池I的直流功率。
[0029]根据上述的本发明的实施方式，若电压检测器8检测出的交流电カ系统4的输入电压发生变动，则判定值运算器15运算出的移动平均电压即判定值B发生变动，在电压检测器10检测出的太阳能电池I的直流输出电压A满足A>B这ー条件的情况下，从运行判定器11对功率转换器2提供运行指令，功率转换器2成为运行状态，并且开关5成为接通状态。其结果是，能将太阳能电池I发电而得的直流功率提供给交流电カ系统4。
[0030]如上所述那样，响应于交流电カ系统4的输入电压的变动，将功率转换器2的最小运行输入设定值(最小输入运行设定值)进行变更，且功率转换器2据此来运行，因此，能在以往无法利用的图2的斜线部分的范围中有效利用由太阳能电池I发电而得的直流功率，从而运行范围扩大、能提高太阳能发电系统的总转换效率。此外，还具有功率转换器2的启动开始时间提前这一优点。
[0031]本发明求出上述交流电力系统4的电压的移动平均。并补偿至该交流电力系统4的额定电压Vac±10%为止。例如，图3的额定电压Vac为+10%时,无法利用图3的太阳能电池I的直流电压E来进行补偿。因此，直流电压E也必须为+10%，成为E2，若太阳能电池I的直流电压E不是+10%，则功率转换器2不运行。E的变动是O %，因此，太阳能电池I能运行。此外，在-10%时，在El处也能运行。
[0032]以往，在交流电力系统4的电压为Vac的+10%时进行补偿，因此，在太阳能电池I的电压不为E2的情况下，功率转换器2不运行。太阳能发电系统在设计上仅在输出Vac的±10%时，使功率转换器2运行。选择太阳能电池I的直流输出电压的最高值。能在太阳能电池I的最高输出电压值以上时，使功率转换器2运行。
[0033]由于本发明即便太阳能电池I的输出电压很少也能将其发送到交流电力系统4 一侦牝因而本发明是如上所述那样将交流电力系统4的系统电压的变动考虑在内的。根据交流电力系统4 一侧的输入电压，开始启动太阳能电池I。交流电力系统4的电压会发生变动，因此，求出例如若干个周期的波形的平均值。例如，确认平均值为0%或10%，之后使功率转换器2和太阳能电池I运行。否则，即使是一瞬间超过该值，实际运行时太阳能电池I的输出电压也有可能是下降的。因此，例如求出10Hz、IOOHz的平均值。
[0034]图4是用于说明本发明的实施方式2的简要结构图，与上述实施方式I不同之处在于，将判定值运算器15变更为平均化运算器12及判定值运算器13，且交流电力系统4是单相的。平均化运算器12求出电压检测器8检测出的单相交流电压例如在规定时间内的电压的移动平均值Vac。判定值运算器13将移动平均值Vac与余量K (例如0.9?0.95)相乘来求出运行判定值B。除上述点之外，结构及其作用效果与上述实施方式I相同，因此省略其说明。
[0035]图5是用于说明本发明的实施方式3的简要结构图，与上述实施方式I不同之处在于，将判定值运算器15变更为平均化运算器12A及判定值运算器13A，交流电力系统4A是三相的。平均化运算器12A求出电压检测器8检测出的三相交流电压例如在规定时间内的三相电压的移动平均值Vac。判定值运算器13A将移动平均值Vac与1.35及余量K相乘来求出运行判定值B。除上述点之外，结构及其作用效果与上述实施方式I相同，因此省略其说明。
[0036]在上述实施方式中,对在功率转换器2的输出侧与开关5之间设有纯粹的电抗器3的示例进行了说明，但即使使用逆变变压器等具有绝缘功能的电抗器也能与上述实施方式相同地实施。
[0037]上述实施方式的接通判定器9的接通条件为:在电容器6与开关5之间设置的电压检测器7的检测值C大致等于在开关5与交流电力系统4之间设置的电压检测器8的检测值D，具体而言，在电压、相位、频率等大致相等时向开关5提供接通指令，但这一接通条件根据经验所获得的，只要在接通开关5时，满足没有发生较大的电流浪涌或没有过电流流过这些条件，即可使用该结构。[0038]标号说明
[0039]1…太阳能电池、
[0040]2…功率转换器、
[0041]3…电抗器、
[0042]4…交流电カ系统、
[0043]4A…交流电カ系统、
[0044]5…开关、
[0045]6…电容器、
[0046]7…交流电压检测器、
[0047]8…交流电压检测器、
[0048]9…接通判定器、
[0049]10…直流电压检测器、
[0050]11…运行判定器、
[0051]12…平均化运算器、
[0052]12A…平均化运算器、
[0053]13…判定值运算器、
[0054]13A…判定值运算器、
[0055]15…判定值运算器。
【权利要求】
1.一种太阳能发电系统的运行控制装置，该太阳能发电系统利用功率转换器对来自太阳能电池的直流功率进行功率转换，并将该转换后的功率提供给交流电カ系统，并在所述功率转换器与所述交流电カ系统之间的互连点处具备开关，其特征在干，该太阳能发电系统的运行控制装置包括: 对所述开关的所述功率转换器ー侧的电压及所述交流电カ系统ー侧的电压进行检测的电压检测器； 接通判定器，该接通判定器输入有所述电压检测器的所述功率转换器一侧的电压和所述交流电カ系统ー侧的电压，在两个电压值大致相等时，对所述开关提供接通指令； 判定值运算器，该判定值运算器基于所述电压检测器检测出的所述交流电カ系统ー侧的电压来求出所述功率转换器的运行判定值； 直流电压检测器，该直流电压检测器对所述太阳能电池的直流输出电压进行检测；以及 运行判定器，该运行判定器获取所述直流电压检测器检测出的直流输出电压和所述判定值运算器求出的运行判定值并将两者进行比较，在所述直流输出电压大于所述运行判定值时，对所述功率转换器提供运行指令。
2.一种太阳能发电系统的运行控制装置，该太阳能发电系统利用功率转换器将来自太阳能电池的直流功率转换成単相交流功率，并将该转换后的単相交流功率提供给交流电カ系统，并在所述功率转换器与所述交流电カ系统之间的互连点处具备开关，其特征在干，该太阳能发电系统的运行控制装置包括: 对所述开关的所述功率转换器ー侧的电压及所述交流电カ系统ー侧的単相交流电压进行检测的电压检测器； 接通判定器，该接通判定器输入有所述电压检测器的所述功率转换器一侧的电压和所述交流电カ系统ー侧的电压，在两个电压值大致相等时，对所述开关提供接通指令； 判定值运算器，该判定值运算器利用所述电压检测器检测出的所述交流电カ系统ー侧的移动平均电压与余量的乘积来求出所述功率转换器的运行判定值； 直流电压检测器，该直流电压检测器对所述太阳能电池的直流输出电压进行检测；以及 运行判定器，该运行判定器获取所述直流电压检测器检测出的直流输出电压和所述判定值运算器求出的运行判定值并将两者进行比较，在所述直流输出电压大于所述运行判定值时，对所述功率转换器提供运行指令。
3.一种太阳能发电系统的运行控制装置，该太阳能发电系统利用功率转换器将来自太阳能电池的直流功率转换成三相交流功率，并将该转换后的三相交流功率提供给交流电カ系统，并在所述功率转换器与所述交流电カ系统之间的互连点处具备开关，其特征在于，该太阳能发电系统的运行控制装置包括: 对所述开关的所述功率转换器ー侧的电压及所述交流电カ系统ー侧的电压进行检测的电压检测器； 接通判定器，该接通判定器输入有所述电压检测器的所述功率转换器一侧的电压和所述交流电カ系统ー侧的电压，在两个电压值大致相等时，对所述开关提供接通指令； 判定值运算器，该判定值运算器利用所述电压检测器检测出的所述交流电カ系统ー侧的移动平均电压与1.35与余量的乘积来求出所述功率转换器的运行判定值； 直流电压检测器，该直流电压检测器对所述太阳能电池的直流输出电压进行检测；以及 运行判定器，该运行判定器获取所述直流电压检测器检测出的直流输出电压和所述判定值运算器求出 的运行判定值并将两者进行比较，在所述直流输出电压大于所述运行判定值时，对所述功率转换器提供运行指令。
【文档编号】H02J3/38GK103597694SQ201180071471
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2011年6月7日 优先权日:2011年6月7日
【发明者】藤井洋介 申请人:东芝三菱电机产业系统株式会社