JP7334760B2 - パワーコンディショナ - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態のパワーコンディショナ11は、太陽電池12と接続され、太陽光発電システム13を構成する。太陽電池12は、自然エネルギーを利用する電源の一例である。電源としては、太陽光発電システム13は、例えば一般家庭に設置される。なお、太陽光発電システム13は、商業施設や工場等に設置されてもよい。
本実施形態のパワーコンディショナ11は、4つのPVコンバータ(PVC:photovoltaic convertor)31a,31b,31c,31dを有している。また、パワーコンディショナ11は、インバータ32、フィルタ33、系統連系リレー(単に「リレー」と表記)34a、自立運転リレー(単に「リレー」と表記)34b、制御部35を有している。PVコンバータ31a~31dとインバータ32は、直流電圧バス41を介して互いに接続されている。インバータ32は、フィルタ33と系統連系リレー34aとを介して系統連系端子21に接続されている。また、インバータ32は、フィルタ33と自立運転リレー34bとを介して自立運転用出力端子22に接続されている。
制御部35は、図6に示すステップS21~S27の処理を実行する。
制御電源が投入されると、制御部35は、ステップS21において、初期設定を実施する。初期設定は、パワーコンディショナ11が動作するための各種の制御を含む。たとえば、制御部35は、図1,図2に示す系統連系リレー34aおよび自立運転リレー34bをオフする。また、制御部35は、ストリングの設定、つまり図1、図2に示すPVコンバータ31a~31dに対するストリングの接続状態の検出および記憶する処理を行う。制御部35は、初期設定を終了すると、待機する。そして、制御部35は、たとえば図示しないコントローラから動作開始/停止信号によって動作開始が指示されると、ステップS22へ移行する。
特定条件を満たさないと判定した場合(判定:NO)、制御部35はステップS25へ移行する。一方、特定条件を満たす判定した場合(判定:YES)、制御部35は、ステップS22へ移行する。
次に、上記のパワーコンディショナ11の作用を説明する。
[ストリングの異常監視]
制御部35は、パワーコンディショナ11に接続された直流電源としてのストリングの異常を監視する機能を有している。本実施形態において、パワーコンディショナ11には3つのストリング12a~12cが接続されている。ここでは、3つのストリング12a~12cにおける異常監視について説明する。なお、図1ではストリング12dは接続されていないが、このストリング12dが接続されている場合、制御部35は他のストリング12a~12cと同様に異常監視を行う。以下の説明において、図1に示す状態、つまりストリング12a~12cが接続された状態における処理を説明する。なお、全てのストリング12a~12dについて共通する場合には全てのストリング12a~12dを示して説明する。
制御部35は、ストリングの異常監視を停止(中断)する機能を有している。制御部35は、特定条件を満足する場合、各ストリング12a~12cに対する異常監視を停止する非監視状態となる。特定条件は、自立運転モードであることを含む。自立運転モードによる自立運転は、商用電力系統15から商用交流電力が供給されない停電状態にある。この自立運転モードにおいて、パワーコンディショナ11は、太陽電池12(ストリング12a~12c)によって発電した直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を負荷17に供給する。負荷17の状態(動作状態、接続数)によって必要とする電力が変化する。このため、各ストリング12a~12cによる発電電力が変化する。そして、各ストリング12a~12cの発電電力がしきい値よりも低くなると、制御部35がそのストリングが異常であると判定する、つまり誤判定を生じる。制御部35は、自立運転モードであることを特定条件に含める。そして、制御部35は、この特定条件を満たす場合、つまり連系運転モードから自立運転モードに変更したとき、各ストリング12a~12cに対する異常監視を停止(中断)する。これにより、ストリング12a~12cに対する異常の誤検出を低減する。
メモリ36に記憶される情報(データ)は、PVコンバータ31a~31dに対するストリングの接続状態(接続、非接続)を含む。制御部35は、各PVコンバータ31a~31dに対するストリングの接続状態を判定し、その判定結果をメモリ36に記憶する。
[待機状態]
制御部35は、電源回路45から供給される制御電源により動作を開始した状態にある。また、たとえば図示しないコントローラから動作開始/停止信号により動作停止が指示されたとき、制御部35は、待機状態S11となる。動作開始/停止信号は、制御部35に対してパワーコンディショナ11を作動と停止を制御する、つまり発電の開始と停止を制御するための信号の一例である。
制御部35は、作動状態S12において、センサ53による検出結果に基づいて,連系運転モードまたは自立運転モードに設定し、各運転モードにおける制御を行う。センサ53は、たとえば電力量計である。制御部35は、商用電力系統15からの商用交流電力の有無により、連系運転モードから自立運転モードへ、自立運転モードから連系運転モードへと変更する。制御部35は、商用電力系統15から商用交流電力が供給されているときに連系運転モードとし、停電等によって商用電力系統15から商用交流電力が供給されていないときに自立運転モードとする。なお、商用電力系統15と接続される電力線が単相3線式の場合、W相とU相との間の電圧により、商用電力系統15からの商用交流電力の供給の有無を判定することもできる。
たとえば停電によって商用電力系統15から商用交流電力が供給されないとき、制御部35は、自立運転モードに変更する。このとき、特定条件を持たすため、制御部35は、非監視状態S13へと遷移する。これにより、制御部35は、自立運転モードによるストリング12a~12cが異常であるか否かを判定しない。したがって、自立運転による誤検出を抑制できる。つまり、各ストリング12a~12cの異常検出の精度を向上できる。
制御部35は、非監視状態S13において、異常監視のカウントを停止(中断)する。たとえば、図1に示すストリング12aについて、作動状態S12において、異常監視している状態であるとする。制御部35は、作動状態S12において、ストリング12aの発電電力がしきい値電力よりも低くなったことを検知すると、図5に示すように、ストリング12aに対する異常検出の判定を開始する。そして、制御部35は、所定間隔でストリング12aに対する判定処理を実施する。その判定処理において、ストリング12aの発電電力がしきい値電力よりも低い場合、異常判定した回数をカウントアップする。つまり、制御部35は、カウントを継続する。
異常報知S14において、制御部35は、ストリング12aの異常を報知する。このようにして、制御部35は、ストリング12aの異常を確実に検知することができる。なお、ストリング12aについて説明したが、他のストリング12b,12cについてもストリング12aと同様に異常の誤検知を抑制できるとともに、異常を確実に検知できる。また、ストリング12dを接続した場合もストリング12aと同様に異常の誤検知を抑制できるとともに、異常を確実に検知できる。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)パワーコンディショナ11は、太陽電池12からの直流電力を交流電力に変換するインバータ32を備える。パワーコンディショナ11は、インバータ32と系統連系端子21との間に接続された系統連系リレー34aと、インバータ32と自立運転用出力端子22との間に接続された自立運転リレー34bとを有している。パワーコンディショナ11は、PVコンバータ31a~31dに入力される電力を検出するためのセンサ51a~51dを備える。
上記実施形態は例えば以下のように変更できる。上記実施形態と以下の各変更例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。なお、以下の変更例において、上記実施形態と共通する部分については、上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
図7は、変更例のパワーコンディショナ101を示す。このパワーコンディショナ101は、上記実施形態の構成に対して、バイパスリレー34cが追加されている。
双方向DC-DCコンバータ37は、例えば昇降圧回路であり、直流電圧バス41の直流電力を、蓄電池38に充電する直流電力に変換する。また、双方向DC-DCコンバータ37は、蓄電池38から放電される直流電力を、直流電圧バス41に応じた電圧の著狂う電力に変換する。双方向DC-DCコンバータ37は、スイッチング素子を含む。制御部35は、スイッチング素子をオンオフ駆動する制御信号を出力するとともに、その制御信号のパルス幅を例えばPWM方式によって調整する。制御信号によりスイッチング素子がオンオフすることにより、双方向DC-DCコンバータ37は、直流電圧バス41の直流電力を蓄電池38の充電電力に変換する、または蓄電池38から放電電力を直流電圧バス41に対応する直流電力に変換する。
・上記実施形態のパワーコンディショナ11に接続される太陽電池12に含まれるストリングの数は、1つ~3つ、5つ以上の適宜の数に変更してもよい。
12 太陽電池
12a~12d 太陽電池ストリング(ストリング)
13 太陽光発電システム
14 系統電力線
15 商用電力系統
16,17 負荷
21 系統連系端子
22 自立運転用出力端子
23a~23d 接続端子
31a~31d PVコンバータ
32 インバータ
33 フィルタ
34a 系統連系リレー
34b 自立運転リレー
34c バイパスリレー
35 制御部
36 メモリ
37 双方向DC-DCコンバータ
38 蓄電池
41 直流電圧バス
45 電源回路
51a~51d センサ
52 センサ
53 センサ
S11 待機状態
S12 作動状態
S13 非監視状態
S14 異常報知
Claims (9)
- 自然エネルギーを利用する電源から供給される電圧を変換するコンバータと、
前記コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
商用電力系統に接続される第1出力端子と、
第2出力端子と、
前記インバータと前記第1出力端子との間に接続された第1開閉器と、
前記インバータと前記第2出力端子との間に接続された第2開閉器と、
前記第1開閉器、前記第2開閉器、前記コンバータ、および前記インバータを制御し、第1運転モードにおいて前記第1開閉器を閉状態とするとともに前記第2開閉器を開状態として前記交流電圧を前記第1出力端子に出力し、第2運転モードにおいて前記第1開閉器を開状態とするとともに前記第2開閉器を閉状態として前記交流電圧を前記第2出力端子に出力する制御部と、
前記コンバータに接続され、電力を検出可能な第1センサと、
を備え、
前記制御部は、前記第1センサによって検出された第1電力値が所定のしきい値よりも低い場合には異常と判定する異常監視を行い、前記第2運転モードであることを含む特定条件に該当するときに前記異常監視を行う状態から前記異常監視を行わない状態に切り替える、
パワーコンディショナ。 - 前記制御部は、前記第1電力値が前記しきい値よりも低い状態が一定期間継続した場合に異常であると判定する、請求項1に記載のパワーコンディショナ。
- 前記制御部は、メモリを有し、前記第1電力値と前記しきい値とを比較した比較結果を順次前記メモリに記憶させ、異常の有無を判定する、請求項1または請求項2に記載のパワーコンディショナ。
- 前記制御部は、前記特定条件に該当するときに前記メモリに記憶させた前記比較結果を消去する、請求項3に記載のパワーコンディショナ。
- 前記制御部は、前記インバータの制御を開始するとき、または前記インバータを停止するときに、前記メモリに記憶された前記比較結果を消去する、
請求項3または請求項4に記載のパワーコンディショナ。 - 前記制御部は、前記第2運転モードから前記第1運転モードに変更するときに、前記メモリに記憶させた前記比較結果を消去する、請求項3から請求項5の何れか一項に記載のパワーコンディショナ。
- 前記第1センサおよび前記コンバータを複数備え、
前記制御部は、複数の前記第1センサのそれぞれの検出結果が前記しきい値よりも低い場合には異常と判定する、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。 - 自然エネルギーを利用する電源から供給される電圧を変換するコンバータと、
前記コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
第1出力端子および第2出力端子と、
前記インバータと前記第1出力端子との間に接続された第1開閉器と、
前記インバータと前記第2出力端子との間に接続された第2開閉器と、
前記第1開閉器、前記第2開閉器、前記コンバータ、および前記インバータを制御する制御部と、
前記コンバータに接続され、電力を検出可能な第1センサと、
前記インバータから出力される交流電力を検出可能な第2センサと、
を備え、
前記制御部は、前記第2センサによって検出された第2電力値よりも前記第1センサによって検出された第1電力値が小さい状態のときには異常と判定する異常監視を行い、前記第2電力値よりも前記第1電力値が大きい状態を含む特定条件に該当するときに前記異常監視を行う状態から前記異常監視を行わない状態に切り替える、
パワーコンディショナ。 - 前記制御部は、前記特定条件に該当しなくなったときに前記異常監視を開始する、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
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