JPH10201105A - 太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置

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JPH10201105A
JPH10201105A JP9017560A JP1756097A JPH10201105A JP H10201105 A JPH10201105 A JP H10201105A JP 9017560 A JP9017560 A JP 9017560A JP 1756097 A JP1756097 A JP 1756097A JP H10201105 A JPH10201105 A JP H10201105A
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JP
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distributed power
power
control device
distributed
supplies
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JP9017560A
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Mitsuru Matsukawa
満 松川
Yukio Shimomura
幸男 下村
Norio Sakae
紀雄 榮
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池構成の複数の分散電源の静止型の電
力変換装置を共通の1台の制御装置で運転する際に、制
御装置と各分散電源との間それぞれに専用の信号線を敷
設することなく、運転制御情報を伝送する。 【解決手段】 共通の1台の制御装置18及び各分散電
源19a〜19dに、系統2の電力線(配電線2’)に
接続され,制御装置18と各分散電源19a〜19dと
の間で各分散電源19a〜19dの電力変換装置(イン
バータ22)の運転制御情報をやりとりする配電線搬送
通信装置21を設け、制御装置18により系統2の配電
線を介して各分散電源19a〜19dの電力変換装置を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池構成の複
数の分散電源を有する太陽光発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、工場,ビル或いは一般住宅等にお
いて、いわゆる分散電源として太陽光発電装置を備える
場合、それらの屋根や側壁等に大型,大電力出力の大規
模の太陽電池を設置できないときは、この大規模の太陽
電池を複数の小規模,小型の太陽電池に分散し、これら
の小型の太陽電池と,静止型の電力変換装置としての小
型,小容量のインバータとを組合せた太陽電池構成の複
数の分散電源を前記の屋根や側壁に分散して設置するこ
とが行われる。
【0003】そして、この複数の分散電源からなる従来
の太陽光発電装置は、ほぼ図3に示すように形成され
る。
【0004】同図は受電盤1の負荷側の系統2に4個の
分散電源3a,3b,3c,3dを接続して形成された
場合を示し、各分散電源3a〜3dは、それぞれ例えば
数KW程度の比較的小規模の小型の太陽電池4の出力を
静止型の電力変換装置としての例えば電圧型のインバー
タ5に供給する。
【0005】さらに、各分散電源3a〜3dのインバー
タ5をそれぞれの制御装置(システムコントローラ)6
により駆動制御して運転し、太陽電池4の直流の出力電
力をそれぞれ系統周波数の交流電力に変換し、この交流
電力をそれぞれの配線用遮断器7及び負荷切換盤8を介
して系統2の各一般負荷9,非常負荷10に給電する。
【0006】そして、系統電源11が健全な通常時は、
インバータ5の出力側の系統電圧等の監視に基づく制御
装置6の連系運転制御により、各分散電源3a〜3dが
それぞれの太陽電池4の出力に基づき、個別に系統電源
11と連系運転される。
【0007】このとき、発電量の増加に伴う系統2の連
系点電圧の上昇を抑制するため、各分散電源3a〜3d
はインバータ5の進相運転機能を有し、連系点電圧が1
05%〜110%以上に上昇すると、その上昇量に応じ
てそれぞれのインバータ5が進相運転される。
【0008】つぎに、災害の発生等に伴う系統電源11
の停電が発生すると、各分散電源3a〜3dの非同期運
転による弊害を防止するため、各分散電源3a〜3dは
予め設定された1台,例えば分散電源3aのみが自立運
転に移行し、残りの各分散電源3b〜3dは運転を停止
する。
【0009】また、自立運転に移行した分散電源3a
は、その出力を非常負荷10に給電するため、制御装置
6により負荷切換器8を切換え、この切換器8を介して
非常負荷10にのみインバータ5の自立運転出力を供給
する。
【0010】なお、図3の12は受電盤1の各交流遮断
器、13は系統2の各負荷フィーダの配線用遮断器、1
4は負荷切換盤8を形成する各開閉器である。
【0011】また、15は系統連系保護リレーであり、
系統電圧とコンデンサ分圧の零相変圧器(ZPD)16
の出力とに基づき、連系点電圧の過電圧,不足電圧,地
絡等の異常を検出して所要の遮断器12の開放等を行
う。
【0012】さらに、この図3の太陽光発電装置は、分
散電源3aに2次電池構成の電池電源17を備える。
【0013】この電池電源17は自立運転される分散電
源3aに接続され、分散電源3aが自立運転されるとき
は、その制御装置6によりインバータ5の入力が太陽電
池4の単独出力から太陽電池4と電池電源17との並列
出力に切換わり、電池電源17によりインバータ5の直
流入力が補われる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のこの種太陽
光発電装置の場合、各分散電源3a〜3dのインバータ
5をそれぞれの制御装置6により個別に運転制御するた
め、分散電源3a〜3d毎に制御装置6が必要になり、
発電装置が大型化する。
【0015】さらに、各分散電源3a〜3dのインバー
タ5がそれぞれの制御装置6により別個独立に運転制御
されるため、つぎのような問題を招来する。
【0016】まず、連系運転において、発電量の増加に
伴う連系点電圧の上昇を分散電源3a〜3dの進相運転
で抑制する際、それぞれの制御装置6で行われる抑制判
定の基準電圧が分散電源3a〜3dによってばらつき、
分散電源3a〜3dの進相運転量のばらつきが生じ、極
端な場合は基準電圧の最も低い分散電源のみが進相運転
される。
【0017】なお、一般に進相運転が力率0.85でク
リップされるため、分散電源によっては、力率0.85
になっても連系点電圧の上昇が続く場合、その出力(発
電出力)を実際に絞り込んで低減するものもあり、この
場合は、進相運転量のばらつきが生じるだけでなく、全
体の発電効率が悪化(低下)する。
【0018】つぎに、連系運転中にインバータ5の出力
と負荷容量とがつり合って各分散電源3a〜3dが単独
運転の状態になるときにも適正な運転を継続するため、
単独運転の能動方式の検出に広く採用されている無効電
力方式で単独運転を検出しようとすると、この検出が無
効電力の可変を周期的にくり返して連系点電圧等の変動
から系統停電等による単独運転への移行を検出するもの
であるから、この検出を各分散電源3a〜3dが非同期
の状態で別個独立に行うことにより、無効電力の可変に
よる効果が分散電源3a〜3d間で相殺されて検出困難
になり、場合によっては単独運転への移行を検出できな
い事態も生じる。
【0019】さらに、各分散電源3a〜3dの運転状態
を1個所で集中して監視することができず、能率のよい
運転管理等が行えない問題もある。
【0020】そこで、各分散電源3a〜3dを共通の1
台の制御装置で運転制御し、抑制判定の基準電圧の共通
化等を図って前記の諸点を解消することが考えられる。
【0021】この場合、共通の1台の制御装置と各分散
電源3a〜3dとの運転制御情報の伝送は、一般には、
制御装置と各分散電源3a〜3dとの間それぞれに専用
の信号線(ケーブル)を敷設し、専用線を用いた有線通
信方式で行われる。
【0022】しかし、この専用の有線通信方式を採用し
た場合、煩雑で労力,時間及び費用を要する各信号線の
敷設工事等の通信工事を要し、その際、分散電源の数が
多くなる程信号線が長くなるとともに信号線の数が多く
なり、この場合、一層煩雑になるとともに労力,時間及
び費用を要する問題点がある。
【0023】そして、外乱(ノイズ)の影響を排除する
ため、各信号線を光ファイバにより形成すると、著しく
高価になる。
【0024】本発明は、太陽電池構成の複数の分散電源
の電力変換装置を共通の1台の制御装置で運転制御する
際に、制御装置と各分散電源との間それぞれに専用の信
号線を敷設することなく、運転制御情報を伝送し得るよ
うにすることを課題とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の太陽光発電装置においては、共通の1台
の制御装置及び各分散電源に、系統の電力線に接続さ
れ,制御装置と各分散電源との間で電力変換装置の運転
制御情報をやりとりする配電線搬送通信装置を設け、制
御装置により系統の配電線を介して各分散電源の電力変
換装置を制御する。
【0026】したがって、共通の制御装置と各分散電源
との間の電力変換装置の運転制御情報の通信が、専用の
信号線を敷設することなく、系統の電力線を利用した配
電線搬送により行われる。
【0027】また、本発明の太陽光発電装置において
は、共通の1台の制御装置及び各分散電源に、制御装置
と各分散電源との間で電力変換装置の運転制御情報をや
りとりする無線通信装置を設け、制御装置により無線通
信で各分散電源の電力変換装置を制御する。
【0028】したがって、この場合は共通の制御装置と
各分散電源との間の電力変換装置の運転制御情報の通信
が、専用の信号線を敷設することなく、無線通信で行わ
れる。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
1及び図2を参照して説明する。 (実施の第1の形態)まず、請求項1の太陽光発電装置
に対応する本発明の実施の第1の形態につき、図1を参
照して説明する。図1はアドレス#0の共通の1個の制
御装置(メインコントローラ)18,アドレス#1,#
2,#3,#4の4個の分散電源(ACアレイ)19
a,19b,19c,19d及び電池電源(バッテリー
盤)20を備えた場合の単線系統図である。
【0030】この図1において、図3と同一符号は同一
もしくは相当するものを示し、図1の構成が図3の従来
構成と異なる点は、主につぎの(i)〜(iv)の点であ
る。
【0031】(i)各分散電源19a〜19dは図3の
従来電源3a〜3dの個別の制御装置6が設けられず、
工場,ビルの管理所等に設けられた共通の1個の制御装
置18により集中制御される点。
【0032】(ii)制御装置18及び各分散電源19a
〜19dそれぞれに、系統2の電力線としての配電線
2’に接続された配電線搬送通信装置21が設けられた
点。
【0033】(iii )各分散電源19a〜19dに、図
3の従来電源3a〜3dのインバータ5の代わりに、系
統停電の発生時に太陽電池4の単独入力から太陽電池4
の出力と電池電源20の出力との並列入力に切換わる機
能及び電池電源20の充電コンバータ機能を付加した電
圧型のインバータ22が設けられた点。そして、電池電
源20は各分散電源19a〜19dの共通の補助直流電
源を形成する。
【0034】(iv)図5の系統連系保護リレー15の代
わりに、このリレー15に例えば有線の通信機能を付加
した構成の系統連系保護リレー23が設けられ、系統連
系保護リレー23から制御装置18のマイクロコンピュ
ータ構成の運転制御部24に、リレー23の過電圧,不
足電圧等の検出情報の信号が伝送され、系統連系保護リ
レー23の検出情報を利用して各分散電源19a〜19
dの連系保護を図るようにした点。
【0035】そして、制御装置18と各分散電源19a
〜19dとの間で、配電線2’を介した配電線搬送通信
により、各分散電源19a〜19dのインバータ22の
運転制御情報をやりとりするため、各配電線搬送通信装
置21は、それぞれインバータ構成の送信器21aと受
信用の復調器21bとからなる。
【0036】つぎに、制御装置18について説明する。
制御装置18は系統連系保護リレー23の検出情報が供
給されるとともに、配電線2’の系統電圧が計器用変圧
器25を介して同期電圧(連系点電圧)の情報として供
給される。
【0037】また、手動又は自動の運転モードの選択に
より、個別連系運転モード,並列自立運転モード,充電
運転モードの制御に選択的に切換わり、連系運転時は各
分散電源19a〜19dを個別に連系運転に制御し、自
立運転時は各分散電源19a〜19dを同期させて並列
自立運転に制御し、充電運転時は各分散電源19a〜1
9dのコンバータ運転による電池電源20の充電に制御
する。
【0038】すなわち、運転モードが選択されると、運
転制御部24が予め設定された各動作モードのプログラ
ムを実行する。
【0039】このとき、計器用変圧器25からの同期電
圧の情報は、分周等されて連系運転時の同期制御のタイ
ミング信号(同期信号)に加工されるとともに、その大
きさが各分散電源19a〜19dの運転開始(進相運転
開始)の共通の判定基準になる。
【0040】なお、同期電圧の情報が得られない自立運
転時等は、制御装置18の基準周波数の自走発振出力に
より、系統周波数の同期制御のタイミング信号が形成さ
れる。
【0041】そして、運転制御部24は前記のタイミン
グ信号,系統連系保護リレー23の検出情報,計器用変
圧器25の同期電圧及び各分散電源19a〜19dから
通知された現在の運転状態や発電出力,出力電圧等に基
づくシーケンス制御処理により、系統電源11及び各分
散電源19a〜19dの状態等を監視する。
【0042】さらに、例えば系統連系運転保護リレー2
3の検出情報に基づき、系統停電の有無を検出するとと
もに運転/停止の情報を形成する。
【0043】すなわち、前記監視に基づき、運転制御部
24は選択された運転モード等にしたがって、タイミン
グ信号,進相運転開始の指令信号及び並列運転/個別運
転,自立運転/連系運転,発電運転/充電運転,運転/
停止のモード変更の信号,データ要求信号等の制御装置
側の運転制御情報の信号を形成する。
【0044】さらに、これらの運転制御情報の信号は、
所定の通信フォーマットで各分散電源19a〜19dに
個別に又は一斉に伝送するため、制御装置18のアドレ
ス#0(送信元アドレス)及び各分散電源19a〜19
dの個別のアドレス#1〜#4又は共通のアドレス(送
信先アドレス)等が付加されて下りの送信信号に加工さ
れる。
【0045】そして、この下りの送信信号が運転制御部
24から配電線搬送通信装置21の送信器21aに送ら
れ、この送信器21aにより下りの送信信号が系統周波
数の影響が少ない適当な周波数に変調されて配電線2’
に送出される。
【0046】また、データ要求信号にしたがって各分散
電源19a〜19dから配電線2’に送出された後述の
上りの送信信号が制御装置18の復調器21bにより受
信されて復調され、この復調により各分散電源19a〜
19dの現在の運転状態や発電出力,出力電圧等の運転
制御情報が再生される。
【0047】そして、各分散電源19a〜19dからの
運転制御情報に基づき、運転制御部24は制御装置18
の図示省略した表示器に各分散電源19a〜19dの運
転状態や発電量等を集中表示する。
【0048】つぎに、各分散電源19a〜19dについ
て説明する。各分散電源19a〜19dは配電線2’の
下りの送信信号をそれぞれの配電線搬送通信装置21の
復調器21bにより受信して復調し、自装置のアドレス
#1〜#4又は共通のアドレスが付加された運転制御情
報の信号を復調器21bからそれぞれのインバータ22
に転送する。
【0049】このインバータ22は与えられた運転制御
情報の運転モードの指令に基づき、運転モード(動作モ
ード)が前記した個別連系運転モード,並列自立運転モ
ード,充電運転モードのいずれかになる。
【0050】そして、個別連系運転モードが指令される
通常の連系運転時は、受信したタイミング信号に基づ
き、各分散電源19a〜19dのインバータ22が系統
電圧に同期して個別にインバータ動作する。
【0051】このとき、太陽電池4の出力電圧等の監視
に基づき、インバータ22は太陽電池4から最大電力を
取出すように太陽電池4の時々刻々の最大電力に追従し
て動作する。
【0052】このインバータ動作により各分散電源19
a〜19dは系統電圧に同期して個別に連系運転され、
各太陽電池19a〜19dの時々刻々の最大電力が系統
周波数の交流電力に変換される。
【0053】このとき、各分散電源19a〜19dのイ
ンバータ22が系統電圧に同期して運転されるため、各
分散電源19a〜19dは同期して連系運転される。
【0054】また、連系点電圧が上昇傾向になると、そ
の過大な上昇を抑制するため、個別連系運転中に進相運
転開始の指令が受信され、各分散電源19a〜19dの
インバータ22が進相運転される。
【0055】このとき、各分散電源19a〜19dが制
御装置18からの進相運転開始の指令に基づき、共通化
された同一の判定基準の電圧にしたがって進相運転さ
れ、従来のような分散電源19a〜19d間の進相運転
量のばらつきが防止されて各分散電源19a〜19dが
均等に進相運転され、全体の発電効率の低下を防止して
連系点電圧が抑制される。
【0056】さらに、系統電圧に同期したタイミング信
号に基づき、各分散電源19a〜19dのインバータ2
2は外乱発生タイミングの同期をとってその出力の無効
電力を可変し、いわゆる無効電力変動方式で単独運転状
態への移行を監視して検出する。
【0057】そのため、各分散電源19a〜19dの無
効電力の可変による効果が分散電源19a〜19d間で
相殺されず、各分散電源19a〜19dが単独運転状態
になっても、この状態が確実に検出されて運転が継続さ
れる。
【0058】つぎに、系統停電等が発生して並列自立運
転モードが指令される並列自立運転時は、各分散電源1
9a〜19dのインバータ22は自立運転のインバータ
動作に切換わり、このとき、制御装置18の自走発振の
タイミング信号に基づき、各分散電源19a〜19dの
インバータ22は同期して運転される。
【0059】また、各分散電源19a〜19dの入力電
源が太陽電池4と電池電源20との並列電源になる。
【0060】したがって、災害等による系統停電時、各
分散電源19a〜19dのインバータ22が同期してい
ずれも自立運転され、従来のように各分散電源19a〜
19dのうちの1台を運転する場合より非常負荷10に
給電可能な電力が大きくなり、非常負荷10を十分な大
きさにすることができる。
【0061】しかも、電池電源20の併用により、自立
運転時の安定給電の確保,給電電力の一層の増大等が図
られる。
【0062】つぎに、充電運転モードが指令されると、
各分散電源19a〜19dのインバータ22がコンバー
タ動作に切換わり、各分散電源19a〜19dのコンバ
ータ出力により電池電源20が充電される。
【0063】この場合、大型の専用の充電設備等を別途
用意することなく、各分散電源19a〜19dのいずれ
か1台のコンバータ出力で充電する場合より大容量の充
電電力で電池電源20が充電され、電池電源20の容量
の増大等を図ることができる。
【0064】ところで、各分散電源19a〜19dの運
転状態や発電量,出力電圧はそれぞれのインバータ22
により監視され、この監視情報が分散電源側の運転制御
情報を形成する。
【0065】そして、制御装置18からのデータ要求信
号を各分散電源19a〜19dが受信すると、それぞれ
のインバータ22の分散電源側の運転制御情報の信号に
各分散電源19a〜19dのアドレス#1〜#4(送信
元アドレス),制御装置18のアドレス#0(送信先ア
ドレス)等を付加して上りの送信信号が形成され、この
上りの送信信号が分散電源19a〜19dの送信器21
aにより、下りの送信信号と同様に変調されて配電線に
送出される。
【0066】したがって、この図1の場合は配電線2’
を制御装置18と各分散電源19a〜19dとの運転制
御情報の伝送路に利用した配電線搬送の通信により、共
通の1台の制御装置18で各分散電源19a〜19dの
運転を制御し、各分散電源19a〜19dがそれぞれの
制御で個別運転される場合の不都合を解消することがで
きる。
【0067】そして、制御装置18と各分散電源19a
〜19dとの間に運転制御情報の専用の信号線を敷設す
る必要がなく、そのための信号線(通信ケーブル)が不
要でその敷設工事も不要になるため、著しく簡単かつ安
価に装置を構築することができる。
【0068】なお、制御装置18と各分散電源19a〜
19dとの間の通信方式としては、制御装置18から各
分散電源19a〜19dを呼出すポーリング通信方式等
の種々の方式を採用することができるのは勿論である。
【0069】また、制御装置18及び各分散電源19a
〜19dの送受信周波数(周波数帯),変調方式等は、
通信方式等に応じて、同一又は装置毎或いは上り,下り
毎に異なるように設定すればよい。
【0070】(実施の第2の形態)つぎに、請求項2の
太陽光発電装置に対応する本発明の実施の第2の形態に
つき、図2を参照して説明する。図2において、図1と
同一符号は同一もしくは相当するものを示す。
【0071】そして、図2においては制御装置18及び
各分散電源19a〜19dに、図1の配電線搬送通信装
置21の代わりに、変復調用の変換器26a及び無線の
送信器26b,受信器26cからなる無線通信装置26
を設けた点である。
【0072】この場合、制御装置18の下りの運転制御
情報の信号,各分散電源19a〜19dの上りの運転制
御情報の信号は、それぞれの変換装置26aにより変調
されて送信器26bから無線送信される。
【0073】そして、無線送信された信号が各分散電源
19a〜19d,制御装置18の受信器26cにより受
信されてそれぞれの変換器26aにより復調される。
【0074】したがって、この図2にあっては無線通信
により制御装置18と各分散電源19a〜19dとの間
の運転情報の伝送が行われ、この場合も図1の場合と同
様の効果が得られる。
【0075】しかも、配電線搬送方式の場合のような系
統電力の影響が少なく、送受信周波数の制約もなく、設
計の自由度等が図1の場合より大きくなるとともに通信
の信頼性が向上する。
【0076】そして、無線信号はAM,FM,FSK等
の種々の方式で変調して形成してよいのは勿論である。
【0077】ところで、分散電源の個数等はどのようで
あってもよい。また、各分散電源は建物に設けたもので
なくてもよく、例えば高速道路や新幹線路等の鉄道路の
防音壁等の代わりに設けたものであってもよい。
【0078】さらに、各分散電源19a〜19dの静止
型の電力変換装置はインバータ以外の電力変換器構成で
あってもよい。
【0079】つぎに、前記両実施の形態において、制御
装置18と一部の分散電源,例えば分散電源19aとの
間の通信又は制御装置18と各分散電源19a〜19d
との間の主要な一部の情報の通信を光ファイバ等の有線
通信で確保するようにして信頼性の一層の向上を図るよ
うにしてもよい。
【0080】
【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、請求項1の場合は、共通の1台の制御装置1
8と各分散電源19a〜19dとの間の各分散電源19
a〜19dの電力変換装置(インバータ22)の運転制
御情報の通信を専用の信号線を敷設することなく、系統
2の電力線(配電線2’)を利用した配電線搬送により
行うことができ、各分散電源19a〜19dの制御装置
の共通化を図るとともに通信工事の削減を図って大幅な
労力の軽減やコストダウン等を実現することができる。
【0081】しかも、制御装置の共通化により各分散電
源19a〜19dに個別に制御装置を設けた場合の不都
合が一掃され、性能の向上が図れ、信頼性が向上する。
【0082】つぎに、請求項2の場合は、共通の制御装
置18及び各分散電源19a〜19dに無線通信装置2
6を設けたため、制御装置18と各分散電源19a〜1
9dとの間の各分散電源19a〜19dの電力変換装置
(インバータ22)の運転制御情報の通信を、専用の信
号線を敷設することなく、無線通信で行うことができ
る。
【0083】この場合、請求項1の場合と同様の効果が
得られるとともに、系統2の影響に伴う通信条件の制約
等がほとんどなく、設計の自由度等が大きくなる利点も
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1の形態の結線図である。
【図2】本発明の実施の第2の形態の結線図である。
【図3】従来例の結線図である。
【符号の説明】
2 系統 2’ 配電線 18 制御装置 19a〜19d 分散電源 21 配電線搬送通信装置 22 インバータ 26 無線通信装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 系統に接続された複数の分散電源の静止
    型の電力変換装置の運転を共通の1台の制御装置により
    制御し、前記各分散電源の太陽電池の出力を交流電力に
    変換して系統負荷に給電する太陽光発電装置において、 前記制御装置及び前記各分散電源に、 系統の電力線に接続され,前記制御装置と前記各分散電
    源との間で前記電力変換装置の運転制御情報をやりとり
    する配電線搬送通信装置を設け、 前記制御装置により前記系統の配電線を介して前記各分
    散電源の前記電力変換装置を制御するようにしたことを
    特徴とする太陽光発電装置。
  2. 【請求項2】 系統に接続された複数の分散電源の静止
    型の電力変換装置の運転を共通の1台の制御装置により
    制御し、前記各分散電源の太陽電池の出力を交流電力に
    変換して系統負荷に給電する太陽光発電装置において、 前記制御装置及び前記各分散電源に、 前記制御装置と前記各分散電源との間で前記電力変換装
    置の運転制御情報をやりとりする無線通信装置を設け、 前記制御装置により無線通信で前記各分散電源の前記電
    力変換装置を制御するようにしたことを特徴とする太陽
    光発電装置。
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