JP6231900B2

JP6231900B2 - 系統連系用太陽光発電設備

Info

Publication number: JP6231900B2
Application number: JP2014027590A
Authority: JP
Inventors: 貴志森本
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-02-17
Also published as: JP2015154642A

Description

本発明は、太陽電池アレイが発電した直流電力を交流電力に変換した後、配電系統の配電線に供給するようにした系統連系用太陽光発電設備に関するものである。

太陽電池アレイが発電した直流電力を交流電力に変換して配電系統に供給する系統連系用太陽光発電設備は、例えば図２に示した単線結線図のように構成される。図２において、１は６,６００Ｖの高圧配電線、２は太陽電池アレイ、３は、太陽電池アレイ２が出力する直流電圧を商用周波数の三相交流電圧に変換するインバータを備えたパワーコンディショナ（ＰＣＳ）４と、補機５と、補機５への通電回路に過電流及び事故電流が流れた時に補機５への通電を停止する配線用遮断器（ＭＣＣＢ）６とを金属ケース７内に収容して構成したパワーコンディショナ盤である。補機５は、パワーコンディショナ４を冷却する送風機や、盤内を照明する照明器具等を含む補助的な機器である。

１０は、パワーコンディショナ４が出力する三相交流電圧を高圧配電線１の電圧まで昇圧する連系用変圧器で、昇圧変圧器１１を絶縁媒体とともにタンク１２内に収容することにより構成される。

昇圧変圧器１１の二次側は、高圧連系盤１５に接続されている。高圧連系盤１５は、系統連系用変圧器１０の二次側と三相の高圧配電線１との間に挿入される三相の遮断器１６と、変圧器１０側から遮断器１６に流れ込む電流を検出する変流器（ＣＴ）１７と、変流器１７の出力から過電流が検出されたときに一定の時限後に遮断器１６に遮断指令を与え、変流器１７の出力から短絡電流が検出されたときには直ちに遮断器１６に遮断指令を与える保護継電器（ＯＣＲ）１８とを金属ケース１９内に収容したものである。

図示の例では、遮断器１６として真空開閉器（ＶＣＢ）が用いられており、パワーコンディショナ盤３と高圧連系盤１５との間の回路に事故電流が流れたときに、事故電流が配電線１に注入されるのを防ぐために、遮断器１６を開いて昇圧変圧器１１とその一次側につながる回路とを高圧配電線１から解列する。

図２において２５は、パワーコンディショナ盤７内の補機に電源電圧を与える補機電源盤である。図示の補機電源盤２５は、昇圧変圧器１１の出力電圧を降圧する補機変圧器２６と、一端が補機変圧器２６の一次端子に接続されて、補機変圧器２６への入力を開閉する三相の負荷開閉器（ＬＢＳ）２７と、補機変圧器２６の二次電流を開閉する配線用遮断器（ＭＣＣＢ）２８とをケース２９内に収容したものである。図示の例では、負荷開閉器２７が、可動接触子の内部に高圧ヒューズを内蔵した高圧カットアウトスイッチからなっていて、補機電源盤２５内の回路を過電流及び事故電流が流れたときに可動接触子内に設けられたヒューズが溶断して補機変圧器２６とその二次側の回路とを高圧配電線１から解列する。

なお補機変圧器２６の一次側をパワーコンディショナの出力端に接続することも考えられるが、補機変圧器２６の一次側をパワーコンディショナの出力端に接続すると、パワーコンディショナから補機変圧器側に大きな負荷電流が流れるため、損失が多くなり、好ましくない。これに対し、上記のように、補機変圧器２６の一次側を昇圧変圧器１１の二次側に接続するようにすると、補機変圧器２６に流れる負荷電流を少なくすることができるため、損失を少なくすることができる。

図２に示された系統連系型太陽光発電設備と類似の構成を有する設備は、例えば特許文献１に示されている。またパワーコンディショナが、パワーコンディショナ４を冷却する送風機や、盤内を照明する照明器具等の補機を必要とすることは，例えば特許文献２に示されている。

特開２０１３−５４４４８４号公報特開２０１３−１４３８０９号公報

図２に示した従来の太陽光発電設備では、連系変圧器１０とは別に、補機変圧器２６を負荷開閉器２７及び配線用遮断器２８と共にケース２９内に収納して構成した補機電源盤２５を設けていたため、発電設備に設ける盤の数が多くなり、太陽光発電設備の構成が複雑になるという問題があった。また補機電源盤２５内には、事故発生時に補機変圧器２６を系統から解列するために負荷開閉器２７を設けると共に、補機変圧器の二次側回路を流れる過電流を遮断するための配線用遮断器２８を設けていたため、部品点数が多くなり、コストが高くなるのを避けられなかった。

本発明の目的は、従来必要とした補機電源盤を省略して発電設備を構成する盤の数を少なくするとともに、昇圧変圧器を系統から解列する遮断器を補機変圧器を系統から解列する開閉器として共用し、またパワーコンディショナ盤内に設けられた配線遮断器を補機変圧器の過負荷電流を遮断する配線用遮断器として共用することにより、部品点数を削減して構成の簡素化とコストの低減とを図ることができるようにした系統連系用太陽光発電設備を提供することにある。

本発明は、太陽電池アレイが出力する直流電圧を商用周波数の交流電圧に変換するインバータを備えたパワーコンディショナと、パワーコンディショナが出力する交流電圧を連系する配電系統の電圧まで昇圧する昇圧変圧器と、昇圧変圧器の二次側の電圧を変圧してパワーコンディショナを冷却する送風機を含む補機に与える電源電圧を出力する補機変圧器と、昇圧変圧器の二次側と配電系統の配電線との間に挿入される連系遮断器と、連系遮断器に流れ込む電流を検出する連系用電流検出器と、前記連系用電流検出器により検出される電流が設定値以上であるときに前記連系遮断器に遮断指令を与える連系用保護継電器と、前記補機変圧器の二次側に過負荷電流が流れたときに該過負荷電流を遮断する配線用遮断器とを備えた系統連系用太陽光発電設備を対象としたものである。

本発明においては、前記の目的を達成するため、昇圧変圧器と補機変圧器とが共通のタンク内に収容されて補機電源機能付き連系変圧器が構成される。またパワーコンディショナと、補機と、配線用遮断器とが共通のケース内に収容されてパワーコンディショナ盤が構成され、昇圧変圧器の二次側から補機変圧器の一次側に流れ込む電流を検出する補機変圧器一次電流検出器と、補機変圧器一次電流検出器が設定値以上の電流を検出したときに連系遮断器に遮断指令を与える補機変圧器解列用保護継電器とが、連系遮断器と、連系用電流検出器と、連系用保護継電器とともに共通のケース内に収容されて高圧連系盤が構成される。本発明においては、連系遮断器が、補機変圧器に設定値以上の電流が流れ込んだときに補機変圧器を配電線から解列する開閉器を兼ねている。

本発明によれば、パワーコンディショナが出力する交流電圧を連系する配電系統の電圧まで昇圧する昇圧変圧器と、パワーコンディショナ盤内の補機に電源電圧を供給する補機変圧器とを共通のタンク内に収容して、補機電源機能付き昇圧変圧器を構成したので、従来必要とした補機電源盤を省略して設備に設ける盤の数を少なくすることができる。

また本発明によれば、昇圧変圧器を系統から解列する遮断器を補機変圧器を系統から解列する開閉器として共用し、またパワーコンディショナ盤内に設けられた配線遮断器を補機変圧器の過負荷電流を遮断する配線用遮断器として共用するようにしたので、部品点数を削減してコストの低減を図ることができる。

本発明の実施形態の構成を示した単線結線図である。従来の系統連系用太陽光発電設備の構成を示した単線結線図である。

図１は、本発明に係る系統連系用太陽光発電設備の構成例を示した単線結線図である。同図において、１は６,６００Ｖの高圧配電線、２は太陽電池セルを縦横に並べて構成した太陽電池モジュールを更に複数個並べて構成した太陽電池アレイである。太陽電池アレイ２は、一般には複数台設けられて日照条件がよい場所に設置されている。

３は、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）４と、補機５と、補機５への通電回路に過電流及び事故電流が流れた時に補機５への通電を停止する配線用遮断器（ＭＣＣＢ）６とを接地電位に保たれる金属ケース７内に収容して構成したパワーコンディショナ盤である。パワーコンディショナ４は、太陽電池アレイ２が出力する直流電圧を昇圧するチョッパや、チョッパにより昇圧された直流電圧を商用周波数の三相交流電圧に変換するインバータや、インバータの出力から高調波を除去するフィルタ等を備えた公知のものである。パワーコンディショナ盤３内には、太陽電池アレイの出力電圧を最大出力を取り出すことができる電圧に保つようにパワーコンディショナ４を制御する制御装置等が更に収容されているがこれらの図示は省略されている。

パワーコンディショナ盤３のケース７には、パワーコンディショナ４の入力端子に接続された正負の直流入力端子３ａと、パワーコンディショナ４の交流出力端子に接続された三相の交流出力端子３ｂと、配線用遮断器６を通して補機５に接続される三相の交流入力端子３ｃとが取り付けられ、太陽電池アレイ２の直流出力が直流遮断器８と直流入力端子３ａとを通してパワーコンディショナ４に入力されている。補機５は、パワーコンディショナ４を制御する制御装置や、パワーコンディショナ４を冷却する送風機や、盤内を照明する照明器具等を含む補助的な機器（パワーコンディショナ以外の機器）である。

図１において、３０は補機電源機能付き連系変圧器で、パワーコンディショナ４が出力する１００Ｖ又は２００Ｖの低圧交流電圧を、連系する配電系統の高圧配電線１の電圧（６６００Ｖ）まで昇圧する昇圧変圧器１１と、昇圧変圧器１１の二次側の電圧を変圧してパワーコンディショナ盤３内の補機に与える電源電圧（この例では１００Ｖ）を出力する補機変圧器２６とを共通のタンク３１内に絶縁媒体とともの収容することにより構成される。補機電源機能付き連系変圧器３０の設置面積を縮小するため、昇圧変圧器１１と補機変圧器２６とは、横に並べるのではなく、昇圧変圧器１１の上に補機変圧器２６を重ねて配置して、補機変圧器２６の鉄心を昇圧変圧器１１の鉄心に機械的に支持する構造にするのが好ましい。

本実施形態において、発電設備内の交流回路は、殆ど三相回路であって、昇圧変圧器１１及び補機変圧器２６は共に三相変圧器であるため、タンク３０には、昇圧変圧器１１の三相の一次端子に接続された一次ブッシング端子３０ａと、昇圧変圧器１１の三相の二次端子に接続された三相の二次ブッシング端子３０ｂと、補機変圧器２６の三相の一次端子に接続され三相の一次ブッシング端子３０ｃと、補機変圧器２６の三相の二次端子に接続された三相の二次ブッシング端子３０ｄとの、合計１２個のブッシング端子が取り付けられている。なおブッシング端子は、タンク３０を貫通した状態で取り付けられた絶縁ブッシングと、該絶縁ブッシングの中心を貫通した貫通導体と、該貫通導体の一端及び他端にそれぞれ設けられた端子部とを有する公知のものである。

補機電源機能付き連系変圧器３０の昇圧変圧器１１の一次側につながる一次ブッシング端子３０ａは接続導体Ｃ１を通してパワーコンディショナ盤３の出力端子３ｂに接続され、補機電源機能付き連系変圧器３０の補機変圧器２６の二次側につながる二次ブッシング端子３０ｄは接続導体Ｃ２を通してパワーコンディショナ盤３の入力端子３ｃに接続されている。

図１において、４０は高圧連系盤である。この高圧連系盤は、昇圧変圧器１１の二次側と配電系統の配電線１との間に挿入される連系遮断器１６と、連系遮断器１６に流れ込む電流を検出する連系用電流検出器１７と、連系用電流検出器１７により検出される電流が設定値以上であるときに連系遮断器１６に遮断指令を与える連系用保護継電器１８と、昇圧変圧器１１の二次側から補機変圧器２６の一次側に流れ込む電流を検出する補機変圧器一次電流検出器４１と、補機変圧器一次電流検出器４１が設定値以上の電流を検出したときに連系遮断器１６に遮断指令を与える補機変圧器解列用保護継電器４２とを接地電位に保たれる共通の金属ケース４３内に収容することにより構成される。

ケース４３には、遮断器１６の一端に接続導体４４を通して接続された入力端子４０ａと、遮断器１６の他端に接続された出力端子４０ｂと、入力端子４０ａに接続導体４５を通して接続された出力端子４０ｃとが取り付けられている。入力端子４０ａは接続導体Ｃ３を通して連系変圧器３０の出力端子３０ｂに接続され、昇圧変圧器１１が出力する交流電圧が、出力端子３０ｂと接続導体Ｃ３と入力端子４０ａと接続導体４４とを通して連系遮断器１６の一端に入力されている。出力端子４０ｃは、接続導体Ｃ４を通して連系変圧器３０の一次ブッシング端子３０ｃに接続され、昇圧変圧器１１の二次側が、出力端子３０ｂと接続導体Ｃ３と、入力端子４０ａと、接続導体４５と、出力端子４０ｃと、接続導体Ｃ４と、一次側ブッシング端子３０ｃとを通して、補機変圧器２６の一次側に接続されている。

高圧連系盤４０内の変流器１７は、接続導体４４を一次側貫通導体とするように設けられて、遮断器１６がオン状態にあるときに遮断器１６を通して流れる電流を検出する。連系遮断器１６の他端が接続された出力端子４０ｂは、接続導体Ｃ５を通して高圧配電線１の連系点に接続される。

本実施形態においても、遮断器１６は真空開閉器（ＶＣＢ）からなっている。遮断器１６は、遮断器１６とパワーコンディショナ盤３との間の回路に事故電流が流れて保護継電器１８が遮断指令を発生したときに開いて昇圧変圧器１１を配電線１から解列する。遮断器１６はまた、接続導体４５から補機変圧器２６を経てパワーコンディショナ盤３内の補機５に至る回路で事故が発生して保護継電器４２が遮断指令を発生したときに開いて補機変圧器２６を配電線１から解列する。

上記のように、パワーコンディショナ４が出力する交流電圧を連系する配電系統の電圧まで昇圧する昇圧変圧器１１と、パワーコンディショナ盤内の補機５に電源電圧を供給する補機変圧器とを共通のタンク３１内に収容して、補機電源機能付き昇圧変圧器３０を構成すると、図２に示した従来の発電設備で必要とした補機電源盤２５を省略して設備に設ける盤の数を少なくすることができ、盤を設置するために必要な面積を縮小することができる。

また上記のように、昇圧変圧器１１及びその一次側の回路を系統から解列する遮断器１６を、補機変圧器２６とその負荷側の回路とを系統から解列する開閉器として共用し、またパワーコンディショナ盤内に設けられた配線遮断器６を補機変圧器２６の過負荷電流を遮断する配線用遮断器として共用するようにすると、部品点数を削減してコストの低減を図ることができる。

１高圧配電線
２太陽電池アレイ
３パワーコンディショナ盤
４パワーコンディショナ
５パワーコンディショナの補機
６配線用遮断器
７ケース
１１昇圧変圧器
１６連系遮断器
１７連系用電流検出器
１８連系用保護継電器
２６補機変圧器
３０補機電源機能付き連系変圧器
３１タンク
４０高圧連系盤
４１補機変圧器一次電流検出器
４２補機変圧器解列用保護継電器

Claims

太陽電池アレイが出力する直流電圧を商用周波数の交流電圧に変換するインバータを備えたパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナが出力する交流電圧を連系する配電系統の電圧まで昇圧する昇圧変圧器と、前記昇圧変圧器の二次側の電圧を変圧して前記パワーコンディショナを冷却する送風機を含む補機に与える電源電圧を出力する補機変圧器と、前記昇圧変圧器の二次側と前記配電系統の配電線との間に挿入される連系遮断器と、前記連系遮断器に流れ込む電流を検出する連系用電流検出器と、前記連系用電流検出器により検出される電流が設定値以上であるときに前記連系遮断器に遮断指令を与える連系用保護継電器と、前記補機変圧器の二次側に過負荷電流が流れたときに該過負荷電流を遮断する配線用遮断器とを備えた系統連系用太陽光発電設備において、
前記昇圧変圧器と補機変圧器とが共通のタンク内に収容されて補機電源機能付き連系変圧器が構成され、
前記パワーコンディショナと、前記補機と、前記配線用遮断器とが共通のケース内に収容されてパワーコンディショナ盤が構成され、
前記昇圧変圧器の二次側から前記補機変圧器の一次側に流れ込む電流を検出する補機変圧器一次電流検出器と、前記補機変圧器一次電流検出器が設定値以上の電流を検出したときに前記連系遮断器に遮断指令を与える補機変圧器解列用保護継電器とが、前記連系遮断器と、前記連系用電流検出器と、前記連系用保護継電器とともに共通のケース内に収容されて高圧連系盤が構成され、
前記連系遮断器は、前記補機変圧器に設定値以上の電流が流れ込んだときに前記補機変圧器とその二次側の回路を配電線から解列する開閉器を兼ねていることを特徴とする太陽光発電設備。