JP2006187071A

JP2006187071A - インバータ装置の運転方法

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Publication number: JP2006187071A
Application number: JP2004375633A
Authority: JP
Inventors: Seiya Abe; 晴也安部; Koichi Kishida; 耕一岸田
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】マスターインバータ装置の切り換えは単位は１日単位のために、スレーブインバータ装置との積算電力値等の均一化がはかれないために、寿命に問題が生じる。
【解決手段】複数台のインバータ装置のうち周期ごとの出力電力値に基づいて起動台数を決定し、積算電力値の小さい順からインバータ装置を選択するインバータ装置の運転方法において、上記選択したインバータ装置からランダムにマスターインバータ装置を選択し、マスターインバータ装置はｎ周期の出力電力値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定し、各インバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値の小さい順から決定された起動台数を選択し、この選択したインバータ装置の中からランダムに次期マスターインバータ装置を選択し、続いて、（ｎ＋１）周期も上述と同一処理を行なうことを特徴とするインバータ装置の運転方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池等の直流電源からの直流出力を複数のインバータ装置で交流出力に変換して交流系統に供給する電源システムに係り、特に太陽電池等からの出力電力値に応じてインバータ装置の起動台数を決定する際に、マスターインバータ装置を切り換える技術に関するものである。

図４は、従来技術の電源システムのブロック図である。同図において、電源システムは、太陽電池からなる直流電源ＤＣと、上記直流電源ＤＣに並列接続されて直流出力をインバータで交流出力に変換して出力する第１インバータ装置ＰＳ１乃至第ｎインバータ装置ＰＳｎと、上記直流電源ＤＣからの出力電力値を検出する電力検出部ＤＳと、上記直流電源ＤＣに接続された上記各インバータ装置を開閉する第１開閉器ＳＷ１乃至第ｎ開閉器ＳＷｎとから形成されている。

図４において、第１インバータ装置ＰＳ１は、第１インバータ制御回路ＣＷ１と第１インバータ回路ＰＣ１とで形成され、第２インバータ装置ＰＳ２は、第２インバータ制御回路ＣＷ２と第２インバータ回路ＰＣ２で形成され、第ｎインバータ装置ＰＳｎは、第ｎインバータ制御回路ＣＷｎと第ｎインバータ回路ＰＣｎとで形成されている。

電源システムにおいて、所定の法則に基づいて（例えば、積算電力値の小さいインバータ装置をマスターインバータ装置とする。）第１インバータ装置ＰＳ１をマスターインバータ装置とし、第２インバータ装置ＰＳ２乃至第ｎインバータ装置ＰＳｎをスレーブインバータ装置とする。続いて、マスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１の第１インバータ制御回路ＣＷ１は、上記直流電源ＤＣからの出力電力値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定すると共に積算電力値の少ないスレーブインバータ装置から順に上記決定された起動台数だけを選択する。

続いて、マスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１の第１インバータ制御回路ＣＷ１は、上記選択した各スレーブインバータ装置を起動する。起動した各スレーブインバータ装置のインバータ制御回路は、上記起動に応じてインバータ回路の起動と開閉器の閉路を行なう。

次に、図５に示す、マスターインバータ装置の切り換えタイミング図を用いて、マスターインバータ装置の切り換え動作を説明する。図５に示す時刻ｔ＝ｔ１において、マスターインバータ装置は、直流電源ＤＣからの出力電力値を検出して予め定めた基準電力値以上になると日射開始と判断し、上記直流電源ＤＣからの出力電力値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定し、積算電力値の少ない順から各スレーブインバータ装置を起動する。次に、時刻ｔ＝ｔ２において、直流電源ＤＣからの出力電力値を検出して基準電力値以下になると日射終了と判断し、マスターインバータ装置は、選択した各スレーブインバータ装置の起動を停止すると共に上記各スレーブインバータ装置の積算電力値の一番少ない装置を次期マスターインバータ装置として設定する。

時刻ｔ＝ｔ３において、前日に設定された次期マスターインバータ装置によって、直流電源ＤＣからの出力電力値を検出して基準電力値以上になると再度日射開始と判断し、次期マスターインバータ装置は、直流電源ＤＣからの出力電力値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定し、積算電力値の少ない順から各スレーブインバータ装置を起動する。次に、時刻ｔ＝ｔ４において、直流電源ＤＣからの出力電力値を検出して基準電力値以下になると日射終了と判断し、マスターインバータ装置は、各スレーブインバータ装置の起動を停止すると共に上記各スレーブインバータ装置の積算電力値の一番少ない装置を再度次期マスターインバータ装置として設定する。以後は、上記と同一処理を繰り返す。

上述の従来技術では、マスターインバータ装置の切り換え時間は、１日単位で行なわれる。また、特許文献１には、１日単位でマスターインバータ装置が切り換えられる技術が開示されている。

特開２０００−３０５６３３号公報

上述の従来技術において、マスターインバータ装置の切り換えタイミングは、直流電源からの出力電力値が予め定めた基準出力値以下まで低下したときであり、マスターインバータ装置が次期マスターインバータ装置に切換わる時間は基本的に１日単位となる。

上述より、マスターインバータ装置は、直流電源からの出力電力値を検出して予め定めた基準電力値以上になると日射開始と判断し、上記直流電源からの出力電力値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定し、積算電力値の少ない順から各スレーブインバータ装置を起動する。次に、直流電源からの出力電力値を検出して基準電力値以下になると日射終了と判断し、マスターインバータ装置は、選択した各スレーブインバータ装置の起動を停止すると共に上記各スレーブインバータ装置の積算電力値の一番少ない装置を次期マスターインバータ装置として設定するために、マスターインバータ装置とスレーブインバータ装置との間に積算起動時間に差が生じ、上記マスターインバータ装置とスレーブインバータ装置との間にきめ細かな起動時間の均一化がはかれない。そこで、本発明は、上述した課題を解決することができるインバータ装置の運転方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、直流電源に複数台のインバータ装置を並列接続し、上記直流電源からの出力電力値を予め定めた周期で計測し、上記周期ごとの出力電力値に基づいて起動台数を決定し、上記各インバータ装置の積算電力値の小さい上記インバータ装置から上記決定された起動台数を選択して起動するインバータ装置の運転方法において、上記選択された各インバータ装置の中からランダムに１台マスターインバータ装置を選択し、上記マスターインバータ装置は、ｎ周期の出力電力値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定し、上記各インバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値のうち小さい上記インバータ装置から上記マスターインバータ装置を含む上記決定された起動台数を選択し、上記選択した各インバータ装置の中からランダムに一台次期マスターインバータ装置を選択し、続いて、（ｎ＋１）周期の開始時に、上記ｎ周期のマスターインバータ装置は上記選択した各インバータ装置を起動し、上記各インバータ装置が起動した後に、上記マスターインバータ装置は次期マスターインバータ装置に切換わり、以後、上記次期マスターインバータ装置は、一つ前のｎ周期と同一処理を繰り返してマスターインバータ装置を順次切り換えていくことを特徴とするインバータ装置の運転方法である。

第２の発明は、上記（ｎ＋１）の起動台数が、上記ｎ周期の起動台数と等しいときに、上記（ｎ＋１）周期の次期マスターインバータ装置に上記ｎ周期に選択したマスターインバータ装置を維持することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置の運転方法である。

第３の発明は、上記（ｎ＋１）の起動台数が、上記ｎ周期の起動台数と等しいときに、上記（ｎ＋１）周期の次期各インバータ装置に上記ｎ周期に選択した各インバータ装置を維持することを特徴とする請求項２記載のインバータ装置の運転方法である。

第１の発明によれば、直流電源からの予め定めた周期ごとの出力電力値に基づいて、必要なインバータ装置の起動台数を決定すると共にマスターインバータ装置も切り換えるので、同一のマスターインバータ装置が一日中継続して動作することがなくなり、マスターインバータ装置とスレーブインバータ装置との間の積算電力値、積算起動時間及び積算起動回数の均一化がはかれることから、各インバータ装置の寿命の平均化がはかられ、電源システムの信頼性向上につながる。

第２の発明によれば、（ｎ＋１）の起動台数が上記ｎ周期の起動台数と等しいのときのみ、ｎ周期のマスターインバータ装置を（ｎ＋１）周期の次期マスターインバータ装置とするために、処理が簡略かされると共に各インバータ装置の寿命の平均化も改善できる。

第３の発明によれば、（ｎ＋１）の起動台数が上記ｎ周期の起動台数と等しいのときのみ、ｎ周期に選択されたマスターインバータ装置及び各スレーブインバータ装置を（ｎ＋１）周期の次期マスターインバータ装置及び次期各スレーブインバータ装置とするために、処理が大幅に簡略かされると共に各インバータ装置の寿命の平均化も改善できる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態の電源システムのブロック図である。同図において、図４に示す、従来技術の電源システムのブロック図と同一符号は同一動作を行なうので説明は省略し符号が相違する構成について説明する。

図１において、電源システムは、太陽電池からなる直流電源ＤＣと、上記直流電源ＤＣに並列接続されて直流出力をインバータで交流出力に変換して出力する第１インバータ装置ＰＳ１乃至第ｎインバータ装置ＰＳｎと、上記直流電源ＤＣからの出力電力値を検出する電力検出部ＤＳと、上記直流電源ＤＣからの出力電力を開閉する第１開閉器ＳＷ１乃第ｎ至開閉器ＳＷｎとから形成されている。

第１インバータ装置ＰＳ１は、第１インバータ主制御回路ＣＯ１と第１インバータ回路ＰＣ１とで形成され、第２インバータ装置ＰＳ２は、第２インバータ主制御回路ＣＯ２と第２インバータ回路ＰＣ２とで形成され、第ｎインバータ装置ＰＳｎは、第ｎインバータ主制御回路ＣＯｎと第ｎインバータ回路ＰＣｎとで形成されている。

図１に示す、第１インバータ主制御回路ＣＯ１は、図２に示す出力電力演算回路ＰＡと主制御回路ＭＡと送受信回路ＴＣとで形成され、第２インバータ主制御回路ＣＯ２乃至第ｎインバータ主制御回路ＣＯｎも上記と同一回路で形成されている。

例えば、電源システムの第１インバータ装置ＰＳ１をマスターインバータ装置とすると、第１インバータ主制御回路ＣＯ１の出力電力演算部ＰＡは、直流電源ＤＣからの出力電力値を予め定めた周期ごとに算出して起動台数を決定する。次に、マスターインバータ装置の主制御回路ＭＡは、スレーブインバータ装置となる第２インバータ装置ＰＳ２乃至第ｎインバータ装置ＰＳｎによって算出される積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間との少なくとも１つ以上の組合値を検出し、上記少なくとも１つ以上の組合値の小さいスレーブインバータ装置から、自身であるマスターインバータ装置を含んだ上記決定された起動台数だけを選択する。続いて、上記選択した各スレーブインバータ装置とマスターインバータ装置のうちランダムに１台選択して次期マスターインバータ装置を選択する。マスターインバータ装置の送受信回路ＴＣは、上記主制御回路ＭＡの選択信号を各スレーブインバータ装置に送信すると共に各スレーブインバータ装置から送られてくる受信信号を受信して、上記主制御回路ＭＡに送信する。

マスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１からスレーブインバータ装置である第２インバータ装置ＰＳ２に次期マスターインバータ選択信号が送信されると、上記第２インバータ装置ＰＳ２は、次期マスターインバータ装置になると判断してマスターインバータ受信信号を上記第１インバータ装置ＰＳ１に送信する。上記第１インバータ装置ＰＳ１は、マスターインバータ受信信号を受信すると上記第２インバータ装置ＰＳ２がマスターインバータ装置になった判断して、上記第１インバータ装置ＰＳ１はスレーブインバータ装置になる。

次に、本発明の動作を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

図３に示すステップ１００において、複数台に並列接続したのインバータ装置のうち、予め定めた所定のインバータ装置をマスターインバータ装置、例えば、第１インバータ装置ＰＳ１をマスターインバータ装置とし、上記第１インバータ装置ＰＳ１は、周期ごとの（例えば、ｎ周期の）出力電力値に基づいてスレーブインバータ装置の起動台数を決定し、各スレーブインバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値のうち小さい順に上記マスターインバータ装置を含むスレーブインバータ装置を上記決定された起動台数を選択する。

ステップ２００において、第１インバータ装置ＰＳ１は、ｎ周期に選択した各スレーブインバータ装置の中からランダムに１台インバータ装置を選択して次期マスターインバータ装置とする。例えば、第２インバータ装置ＰＳ２を次期マスターインバータ装置とする。

ステップ３００において、ｎ周期のマスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１によって選択された各スレーブインバータ装置である第２インバータ装置ＰＳ乃至第ｎインバータ装置ＰＳｎに、起動指令信号又は停止指令信号及を送信する。

ステップ４００において、マスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１は、スレーブインバータ装置である第２インバータ装置ＰＳ乃至第ｎインバータ装置ＰＳｎから起動完了信号又は停止完了信号を受信する。

ステップ５００において、ｎ周期のマスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１が、（ｎ＋１）周期において次期マスターインバータ装置となるかを判別し、ＹＥＳの場合は（ｎ＋１）周期に進み、上記ｎ周期に選択した各スレーブインバータ装置を起動し、次に、（ｎ＋１）周期の出力電力値に基づいてスレーブインバータ装置の起動台数を決定し、上記各スレーブインバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値のうち小さい順に上記決定された起動台数を選択し、続いて、上記選択した中からランダムに１台インバータ装置を選択して次期マスターインバータ装置とする。ＮＯの場合にはステップ６００に進む。

ステップ６００において、現状のマスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１から次期マスターインバータ装置となる第２インバータ装置ＰＳ２にマスター切換信号を送信する。

ステップ７００において、現状のマスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１は、次期マスターインバータ装置となる第２インバータ装置ＰＳ２からマスター切換完了信号を受信する。

ステップ８００において、上記マスター切換完了信号を受信すると（ｎ＋１）周期開始と共に第１インバータ装置ＰＳ１をマスターインバータ装置からスレーブインバータ装置に切換わる。

ステップ９００において、マスターインバータ装置からスレーブインバータ装置に切換わった第１インバータ装置ＰＳ１が停止対象の場合は、ステップ１０００に進んでインバータを停止し、ＮＯの場合には、上記ｎ周期に選択した各スレーブインバータ装置を起動し、次に、次期マスターインバータ装置となる第２インバータ装置ＰＳ２は、（ｎ＋１）周期の出力電力値に基づいてスレーブインバータ装置の起動台数を決定し、上記各スレーブインバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値のうち小さい順に上記決定された起動台数を選択し、続いて、上記選択した中からランダムに１台インバータ装置を選択して再度次期マスターインバータ装置し、以後順次マスターインバータ装置を更新していく。

上述より、直流電源からの予め定めた周期ごとの出力電力値に基づいて、スレーブインバータ装置の起動台数を決定し、上記決定したスレーブインバータ装置の中から次期マスターインバータ装置を選択するので、同じマスターインバータ装置が長時間、例えば、一日中動作することが防止できる。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、実施の形態１の図３に示すフローチャートと相違する動作についてのみ説明する。

ステップ５００において、（ｎ＋１）周期の起動台数がｎ周期の起動台数と等しいときに、ｎ周期に選択したマスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１を（ｎ＋１）周期の次期マスターインバータ装置として維持し、（ｎ＋１）周期に進み、上記ｎ周期に選択した各スレーブインバータ装置を起動し、次に、上記（ｎ＋１）周期の出力電力値に基づいてスレーブインバータ装置の起動台数を決定し、上記各スレーブインバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値のうち小さい順に上記決定された起動台数を選択し、続いて、上記選択した中からランダムに１台選択して次期マスターインバータ装置とする。

ステップ５００において、ｎ周期の起動台数が（ｎ＋１）周期の起動台数が違うときには、ｎ周期に選択した各スレーブインバータ装置のうちランダムに１台選択した次期マスターインバータ装置がｎ周期のマスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１と同じであるかを判別し、ＹＥＳの場合は（ｎ＋１）周期に進み、上述と同一処理を行ない、ＮＯの場合にはステップ６００に進む。

［実施の形態３］
本発明の実施の形態３は、実施の形態１の図３に示すフローチャートと相違する動作についてのみ説明する。

ステップ５００において、（ｎ＋１）周期の起動台数がｎ周期の起動台数と等しいときに、ｎ周期に選択したマスターインバータ装置である第１インバータ装置ＰＳ１を（ｎ＋１）周期の次期マスターインバータ装置と上記ｎ周期で選択した各スレーブインバータ装置もそのまま継続して、（ｎ＋１）周期に進み、上記ｎ周期に選択した各スレーブインバータ装置を起動も維持し、次に、上記（ｎ＋１）周期の出力電力値に基づいてスレーブインバータ装置の起動台数を決定し、上記各スレーブインバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値のうち小さい順に上記決定された起動台数を選択し、続いて、上記選択した中からランダムに１台選択して次期マスターインバータ装置とする。

本発明の実施形態１に係る太陽電池の電源システムのブロック図である。図１に示す第１インバータ主制御回路の詳細図である。本発明の実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。従来技術の太陽電池の電源システムのブロック図である。マスターインバータの切り換えタイミング図である。

符号の説明

ＡＣ交流系統
ＣＯ１第１インバータ主制御回路
ＣＯ２第２インバータ主制御回路
ＣＯｎ第ｎインバータ主制御回路
ＣＷ１第１インバータ制御回路
ＣＷ２第２インバータ制御回路
ＣＷｎ第ｎインバータ制御回路
ＤＣ直流電源（太陽電池）
ＤＳ電力検出部
ＭＡ主制御回路
ＰＡ出力電力演算回路
ＰＣ１第１インバータ回路
ＰＣ２第２インバータ回路
ＰＣｎ第ｎインバータ回路
ＰＳ１第１インバータ装置
ＰＳ２第２インバータ装置
ＰＳｎ第ｎインバータ装置
ＳＷ１第１開閉器
ＳＷ２第２開閉器
ＳＷ３第３開閉器
ＳＷ４第４開閉器
ＳＷｎ−１第ｎ−１開閉器
ＳＷｎ第ｎ開閉器
ＴＣ送受信回路

Claims

直流電源に複数台のインバータ装置を並列接続し、前記直流電源からの出力電力値を予め定めた周期で計測し、前記周期ごとの出力電力値に基づいて起動台数を決定し、前記各インバータ装置の積算電力値の小さい前記インバータ装置から前記決定された起動台数を選択して起動するインバータ装置の運転方法において、前記選択された各インバータ装置の中からランダムに１台マスターインバータ装置を選択し、前記マスターインバータ装置は、ｎ周期の出力電力値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定し、前記各インバータ装置の積算電力値、積算起動回数及び積算起動時間の少なくとも１つ以上の組合値のうち小さい前記インバータ装置から前記マスターインバータ装置を含む前記決定された起動台数を選択し、前記選択した各インバータ装置の中からランダムに一台次期マスターインバータ装置を選択し、続いて、（ｎ＋１）周期の開始時に、前記ｎ周期のマスターインバータ装置は前記選択した各インバータ装置を起動し、前記各インバータ装置が起動した後に、前記マスターインバータ装置は次期マスターインバータ装置に切換わり、以後、前記次期マスターインバータ装置は、一つ前のｎ周期と同一処理を繰り返してマスターインバータ装置を順次更新していくことを特徴とするインバータ装置の運転方法。
前記（ｎ＋１）の起動台数が、前記ｎ周期の起動台数と等しいときに、前記（ｎ＋１）周期の次期マスターインバータ装置に前記ｎ周期に選択したマスターインバータ装置を維持することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置の運転方法。
前記（ｎ＋１）の起動台数が、前記ｎ周期の起動台数と等しいときに、前記（ｎ＋１）周期の次期各インバータ装置に前記ｎ周期に選択した各インバータ装置を維持することを特徴とする請求項２記載のインバータ装置の運転方法。