JPH0772942A - 電力供給システム起動停止制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 日射量時に頻繁に繰し起こる、電力供給シス
テムの起動動作および停止動作の繰り返しを、電力供給
システムの安定な起動および停止を行う。 【構成】 太陽電池の出力を検出する検出部と、出力電
力から太陽電池最大電力点を決定する最大電力点追尾部
と、インバータを制御するための正弦波パターンを発生
する正弦波パターン制御部と、正弦波パターン制御部の
動作の切り替えを行う正弦波パターン調整部と、システ
ム起動あるいは停止用設定値により、システムの起動停
止を行うシステム起動停止制御部と、からなり、正弦波
パターン制御部により、システム停止用設定値＜正弦波
パターン調整用設定値＜システム起動用設定値、となる
よう設定された正弦波パターン調整設定値を、上回って
いる時は最大電力点となる正弦波パターンを出力し、下
回った時はシステム停止用設定値を下回ることを回避す
る正弦波パターンを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池から出力される
直流電力を電流制御型インバータにより交流電力に変換
し、負荷に電力を供給する電力供給システムの起動、お
よび停止を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光発電システムにおいて、我が国で
は、商用電力系統網が完備されていることと、また太陽
電池利用土地面積の問題から、個人住宅等の屋根に太陽
電池を設置し、小規模な太陽光発電システムを商用電力
系統と連系する系統連系型太陽光発電システムが有望視
されている。

【０００３】図２に電力供給システムの一例である系統
連系型太陽光発電システムの一例を示す。太陽電池１か
ら出力された直流電力は、インバータ２により交流電力
に変換され、商用電力系統３、負荷４に供給される。イ
ンバータ２と商用電力系統３との間に連系リレー５を設
け、商用電力系統との連系、切り離しを行う。太陽電池
１出力端には、逆流防止ダイオード６、インバータ２へ
の入力電力の変動を抑える直流コンデンサ７、および直
流入力電流検出用ＣＴ８が接続されている。そしてシス
テム制御回路１４は直流電圧と直流電流から太陽電池動
作点を制御したり、系統連系システムの起動、および停
止制御を行っている。太陽電池の動作点の制御方法とし
ては、最大電力を取り出す動作点の電圧は一定であると
仮定して制御する方法や、より太陽電池の出力電力を有
効に使うために最大電力点を追尾する方法などが用いら
れる。

【０００４】系統連系システムでは、系統連系システム
側、または商用電力系統側の異常時や、夜間等の日射量
がゼロの場合に、インバータ２を停止し、連系リレー５
を遮断して、系統連系システムと商用電力系統を切り離
し、また異常時から正常時に復帰した時や、夜明け時等
の日射量がゼロから上昇した場合に、インバータ２を起
動させ、さらに連系リレー５を投入して、系統連系シス
テムを商用電力系統に連系する仕組みとなっている。

【０００５】従来、この系統連系システムの起動および
停止は、太陽電池１出力端にある直流コンデンサ７の直
流電圧が、起動用設定値を上回った場合に起動し、また
停止用設定値を下回った場合に停止を行っていた。しか
し、朝方時、および夕方時等の低日射量時においては、
直流コンデンサ７の直流電圧が停止用設定値を下回るこ
とがあり、一旦、停止に至ったとしても、その時点で
は、太陽電池開放電圧が起動用設定値以上であるため、
直ちに起動を行い、停止動作と起動動作を頻繁に繰り返
し、装置の信頼性に悪影響を及ぼす、という課題があっ
た。

【０００６】この課題を解決するために、例えば、特開
昭６４ー１４８０に示されるように、直流コンデンサ７
の直流電圧が、起動用設定値を上回った際に直ちに起動
したり、また停止用の設定値を下回った際に直ちに停止
させるのではなく、遅延時間を設けて日射量の変動に対
応した起動および停止を行う方法や、また特開平２ー１
５６３１３では、図３に示すように、太陽電池１出力端
に並列に直流側リレー２１を設けて、インバータ２停止
時に直流側リレー２１を閉じておき、短絡電流により太
陽電池１の出力を測定し、十分な太陽電池出力がある場
合に、直流側リレー２１を開いてインバータ２を起動
し、連系リレー５を投入して、連系システムを運転させ
る方法が取られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、起動および停止の繰り返し回数が若干減少す
るだけで課題の解決にはならず、また後者の方法では、
直接、太陽電池出力を測定するため、停止動作と起動動
作を繰り返すという問題は回避されるが、直流側リレー
２１自体が機械的な動作を伴うものであり、しかも、直
流側リレー２１が大型となり、コスト面、サイズ面に大
きな支障を及ぼすという問題があった。

【０００８】また太陽電池の動作点の制御に最大電力点
追尾方式を用いた場合には、低日射量時に太陽電池出力
曲線上の最大電力点近傍がなだらかになり、最大点の検
出精度が低下するため、システム停止用の設定値を一時
的に下回ることがあるという問題が起こるが、上述した
ような手段ではこのような問題は回避することはできな
い。

【０００９】これら課題を解決するために本発明は、機
械的作動装置を使用せずに、電力供給システムの起動お
よび停止動作の繰り返しを抑え、低日射量時の太陽電池
出力の有効利用を図りつつ、電力供給システムの安定な
起動、停止を行う制御装置の提供を目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池から
出力される直流電力を電流制御型インバータにより交流
電力に変換し、負荷に電力を供給する電力供給システム
の起動及び停止を制御するための装置であって、太陽電
池の直流電圧と直流電流を検出する検出部と、前記検出
部により検出した直流電圧と直流電流から太陽電池最大
電力点を決定する最大電力点追尾部と、インバータを制
御するための基準信号となる正弦波パターンを発生する
正弦波パターン制御部と、正弦波パターン制御部の動作
の切り替えを行う正弦波パターン調整部と、検出部から
の信号が、システム起動用設定値を上回ったときはシス
テムを起動し、システム停止用設定値を下回ったときは
システムの停止を行うシステム起動停止制御部と、から
なり、上記正弦波パターン調整部は検出部からの信号を
検出し、検出信号がシステム停止用設定値＜正弦波パタ
ーン調整用設定値＜システム起動用設定値となるように
設定した正弦波パターン調整用設定値を下回った場合に
は調整動作信号を正弦波パターン制御部に入力し、正弦
波パターン調整用設定値を上回っている場合には追尾動
作信号を正弦波パターン制御部に入力し、上記正弦波パ
ターン制御部は追尾動作信号を受けた場合には太陽電池
の出力が最大となるような正弦波パターンを出力し、調
整動作信号を受けた場合には最大電力点に関係無く直前
の正弦波パターンより、所定量振幅の小さい正弦波パタ
ーンを出力することを特徴とする電力供給システム停止
起動制御装置を備えることを特徴とする。

【００１１】上記検出部の信号は、電流、電圧の値をそ
のまま用いてもよいし、電流、電圧の値がわかるような
信号に変換されたものであっても良い。上記正弦波パタ
ーン制御部での正弦波パターンを発生する方法として
は、例えば、あらかじめメモリに複数の異なる振幅の正
弦波パターンを記憶させておき、その正弦波パターンを
読み出す方法や、基本の正弦波パターンに振幅値を乗じ
ることにより正弦波パターンを発生させる方法などが挙
げられる。上記調整動作時に出力する所定量振幅の小さ
い正弦波パターンとは、太陽電池の動作点を開放電圧側
に移動させることにより、正弦波パターン調整用設定値
を再び上回る為に十分な量だけ振幅値を小さくした正弦
波パターンである。上記システムの停止起動とはインバ
ータの起動停止、および電力を供給する負荷へのリレー
の接続、遮断を行うことである。上記太陽電池からの出
力が最大となるような正弦波パターンの出力方法として
は、例えば、あらかじめ用意しておいた正弦波パターン
を順次出力し、そのときの太陽電池の出力が最大となる
点を捜しだす方法が挙げられる。

【００１２】上記負荷とは、交流電流を使用する機器、
商用電力系統、その他の既存の電力系統などであり、そ
れら単独と接続してもよく、また複数と接続しても構わ
ない。

【００１３】

【作用】本発明では、直流電圧の設定値として『システ
ム停止用設定値＜正弦波パターン調整用設定値＜システ
ム起動用設定値』の大小関係で設けることにより、夕方
時等に日射量が低下するにつれ、最大点付近で追尾を行
っている太陽電池動作点電圧が次第に低下し、正弦波パ
ターン調整用設定値を下回ると、正弦波パターン調整部
において、強制的に正弦波パターンの振幅を所定量小さ
くした別の正弦波パターンを発生するように信号を発生
する。この信号により正弦波パターン制御部において、
今まで最大電力点追尾部の信号によって太陽電池の出力
が最大となるような正弦波パターンを発生させていたの
を一旦やめて、振幅値を所定量小さくした正弦波パター
ンを発生する。このことにより太陽電池動作点は、一時
的に最大点付近から開放電圧側に移動することとなり、
太陽電池動作点電圧は正弦波パターン調整用設定値を上
回り、システムが停止することが回避され、再び太陽電
池の最大電力点の追尾動作を始める。

【００１４】しかし日射量が十分でなければ太陽電池の
最大電力点では正弦波パターン調整用設定値を下回るこ
とになり、再び正弦波パターン制御部にて振幅値を所定
量小さくした正弦波パターンを発生する。この操作の繰
り返しにより、正弦波パターン制御部から発生する正弦
波パターンの中で、振幅値が最小の正弦波パターンを入
力したときの太陽電池の動作点電圧が正弦波パターン設
定値を下回るまでシステム停止用設定値を下回ることを
回避する。その後、日射量がさらに低下し、太陽電池動
作点電圧が正弦波パターン調整用設定値より小さいシス
テム停止用設定値を下回ると、システム起動停止制御部
がインバータの停止とリレーの遮断を行い、電力供給シ
ステムの停止を行う。

【００１５】また、朝方時等のシステムの起動において
も、一旦連系システムが起動された後は日射量が十分で
なくても、停止時と同様に強制的に正弦波パターンの振
幅を所定量値小さくした別の正弦波パターンにより、太
陽電池動作点を一時的に最大点付近から開放電圧側に移
動させることによりシステム停止用設定値を下回ること
を回避する。

【００１６】このように起動直後、あるいは停止直前の
日射量が十分でないときにシステム停止用設定値を下回
ることを回避できるため、システムの安定した起動、停
止が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の電力供給システム起動停止制
御装置の一実施例について図１を参照して詳細に説明す
る。

【００１８】図１は本発明の起動停止制御装置を含む系
統連系インバーターシステムを示す図である。

【００１９】太陽電池１（出力３．５ｋＷ、開放電圧２
７０Ｖのものを使用）出力端には、逆流防止ダイオード
６、インバータ２への入力電力の変動を抑える直流コン
デンサ７、直流入力電流検出用ＣＴ８が接続されてお
り、またインバータ２出力端には、交流出力電流検出用
ＣＴ９が接続されている。系統連系システムの制御回路
として、インバータ２からの出力電流信号と正弦波パタ
ーン制御部から出力された正弦波パターン信号から誤差
信号を出力する誤差増幅信号制御回路１０、三角波信号
制御回路１１、前記誤差増幅信号制御回路１０からの出
力信号と前記三角波信号生成回路からの出力信号からＰ
ＷＭ変調信号を生成するＰＷＭ変調制御回路１２、ＰＷ
Ｍ変調制御回路１２から出力された信号によりインバー
タの制御を行うインバータ駆動制御回路１３、そして本
発明の連系システム起動停止制御装置１４がある。

【００２０】さらに連系システム起動停止制御装置１４
は、太陽電池の直流電圧と直流電流を検出する直流電圧
電流検出部１５、直流電圧電流検出部１５から出力され
た直流電圧、直流電流により最大電力点を決定する最大
電力点追尾部１６（サンプリングタイムは１／１２０秒
と設定）、正弦波パターンの振幅を調整する正弦波パタ
ーン調整部１７（正弦波パターン調整用設定値は１６０
Ｖに設定）、最大電力点追尾部１６あるいは正弦波パタ
ーン調整部１７より出力される信号により誤差増幅信号
制御回路１０に入力する正弦波パターンを発生する正弦
波パターン制御部１８（正弦波パターンの発生方法は、
振幅１０Ｖの正弦波の振幅を２００段階に等分割してえ
られた２００種の正弦波パターンを振幅の小さいものか
ら順に記憶しておき、必要な正弦波パターンを読み出し
てくるという方法とし、正弦波パターン設定値を下回っ
た場合にはその時点で用いていた正弦波パターンより５
段階振幅値の小さい正弦波パターンを読み出してくるよ
うに設定）、直流電圧によりインバータ２の停止と連系
リレー５の遮断を同時に行うシステム停止制御手段と、
インバータ２を起動させるとともに、設定時間を経て、
連系リレー５を投入するシステム起動制御手段とを兼ね
備えたシステム起動停止制御部１９（システム停止用設
定値１５０Ｖ、システム起動用設定値１７０Ｖに設定）
から構成される。太陽電池１から出力された直流電力
は、インバータ２により交流電力に変換され、商用電力
系統３、負荷４に供給される。インバータ２と商用電力
系統３との間に連系リレー５を設け、商用電力系統との
連系、および切り離しを行う。

【００２１】本系統連系システムでは、正弦波信号でＰ
ＷＭ変調を施されたパルス信号によりインバータ２をス
イッチングすることでインバータ２の出力電流に正弦波
電流が流れるように制御を行い、商用電力系統３、負荷
４に太陽電池１からの出力電力を供給している。この
時、太陽電池１の出力を最大にするために太陽電池動作
点を太陽電池出力特性曲線上の最大点付近で追尾させる
が、太陽電池動作点の制御は、インバータ２をスイッチ
ングするＰＷＭパルス信号のデューティ比を変化させる
ことにより行われる。ＰＷＭパルス信号のデューティ比
は、正弦波パターン制御部１７で読み出された任意の正
弦波パターンの振幅により決まるため、正弦波パターン
の振幅を制御することにより太陽電池動作点の制御とイ
ンバータ２の出力電流の大きさを決定している。

【００２２】最初に正弦波パターンの制御動作について
説明する。まず正弦波パターン制御部に記憶してある正
弦波パターンの中から最小の振幅値の正弦波パターンを
読み出す。このときインバータの出力は最小となるが、
このときの太陽電池のインバータへの入力電圧、入力電
流、を直流電圧電流検出部１５により検出し、それらの
積から太陽電池の出力電力を算出し、その値を一旦最大
電力点追尾部中の記憶部に記憶しておく。次に先程の振
幅値よりも一段階振幅値の大きい正弦波パターンを読み
だし、同様の操作を繰り返し最大電力追尾部にて太陽電
池からの出力電力を算出し、最大電力点追尾部に記憶す
る。

【００２３】次いで前回の出力電力値と今回の出力電力
値を比較し、今回の出力電力の方が大きければ大きいほ
うの今回の電力値を前回の電力値にかえて記憶すると共
に、さらに一段階振幅値の大きい正弦波パターンを読み
出して来る。そしてこのときの出力電力を検出し、上述
した処理と同様の処理を繰り返す。逆に今回の出力電力
のほうが小さければ、一段階小さな振幅値の正弦波パタ
ーンを読み出してくる。そしてそのときの出力電力値を
算出し、上述した処理と同様の処理を繰り返す。このよ
うにしてシステムの起動時には太陽電池の出力に見合っ
た正弦波パターンを選び出すことにより太陽電池の最大
電力点の追尾を行った。

【００２４】次に夕方時等に日射量が低下した場合の停
止動作、あるいは検出精度の低下による誤動作の回避動
作について説明する。

【００２５】日射量が低下するにつれ、太陽電池出力特
性曲線上の最大点近傍がなだらかになり、最大点の検出
精度が低下する。そのために、最大点付近で追尾を行っ
ている太陽電池動作点の変動範囲が広くなり一時的に太
陽電池の動作点電圧が正弦波パターン設定値を下回るこ
とがある。また太陽電池の電圧そのものが正弦波パター
ン設定値を下回るようになる。そのように太陽電池の動
作点電圧が正弦波パターン調整用設定値を下回ると、正
弦波パターン調整部１７の信号により、今まで最大電力
点追尾部１６の信号により決定されていた正弦波パター
ンの読み出しをやめて、強制的に正弦波パターンを振幅
の小さい方向に５段階小さくした正弦波パターンを読み
出す。

【００２６】これにより太陽電池動作点は一時的に最大
点付近から開放電圧側に移動し、太陽電池動作点電圧は
正弦波パターン調整用設定値より大きくなる。その後、
その５段階振幅値の小さくなった正弦波パターンを起点
として再び太陽電池の最大動作点を追尾し始める。しか
し低日射量のため、最大点付近で太陽電池動作点電圧が
正弦波パターン調整用設定値を再度下回るが、正弦波パ
ターン調整部１７による処理の結果、太陽電池動作点電
圧は正弦波パターン調整用設定値より大きくなり、シス
テム停止用設定値を下回ることがない。以後、日射量が
ある値まで低下する間、前記現象を繰り返し、系統連系
システムの停止、すなわち、インバータ２の停止、およ
び連系リレー５の遮断を行うことなく、系統連系システ
ムの運転が行われた。

【００２７】そしてさらに日射量が低下し、正弦波パタ
ーンの振幅をこれ以上小さくすることができなくなる
と、太陽電池動作点電圧が正弦波パターン調整用設定値
より小さいシステム停止用設定値を下回り、システム起
動停止制御部１９がインバータ２の停止と連系リレー５
の遮断を行い、系統連系システムの停止が行われれた。
一方、朝方時等に日射量がゼロから上昇し徐々に大きく
なるような場合は、太陽電池開放電圧がシステム起動用
設定値を上回ると、システム起動停止制御部１９が、ま
ずインバータ２の起動を行う。そして設定時間を経て、
連系リレー５を投入し、商用電力系統３との連系を行お
うとするが、インバータ２の起動の際に、電圧降下が起
こるために、連系リレー５を投入する以前に太陽電池開
放電圧がシステム起動用設定値を下回り、連系リレー５
の投入に至らずに、リセットがかかり、あらためてイン
バータ２の起動からやり直しを行う。以後、この状態が
繰り返され、その間にさらに日射量が上昇し、太陽電池
開放電圧の上昇分がインバータ２の起動時の電圧降下分
を上回ると、インバータ２の起動に続いて、連系リレー
５が投入され、系統連系システムと商用電力系統３との
連系が行われる。

【００２８】そして最大電力点追尾部１６により太陽電
池動作点は太陽電池出力特性曲線上の最大点の追尾を開
始するが、起動直後は低日射量のため、最大点付近で太
陽電池動作点電圧が正弦波パターン調整用設定値を下回
ることがある。この場合も、前記夕方時等の停止動作と
同様の操作の繰り返しにより、太陽電池動作点電圧はシ
ステム停止用設定値を下回ることがなかった。従って本
発明の電力供給システムの起動停止制御装置が電力供給
システムの安定した起動に対しても有効であることがわ
かった。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明の電力供給システ
ム起動停止制御装置を用いることにより、低日射量時に
頻繁に繰り返されていた起動、停止現象を防止すること
ができ、装置の信頼性に悪影響を及ぼすことなく、安定
した系統連系システムの起動、停止動作を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である系統連系インバーター
システムの図である。

【図２】従来の系統連系システム起動停止制御装置の第
一例を示す図である。

【図３】従来の系統連系システム起動停止制御装置の第
二例を示す図である。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ２ インバータ ３ 商用電力系統 ４ 負荷 ５ 連系リレー ６ 逆流防止ダイ
オード ７ 直流コンデンサ ８ 直流入力電流
検出用ＣＴ ９ 交流出力電流検出用ＣＴ １０ 誤差増幅信号
制御回路 １１ 三角波信号制御回路 １２ ＰＷＭ変調
制御回路 １３ インバータ駆動制御回路 １４ システム制
御回路 １５ 直流電圧電流検出部 １６ 太陽電池最
大電力点追尾部 １７ 正弦波パターン調整部 １８ 正弦波パタ
ーン制御部 １９ システム起動停止制御部 ２０ 直流側リレ
ー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹林 司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽電池から出力される直流電力を電流制
   御型インバーターにより交流電力に変換し、負荷に電力
   を供給する電力供給システムの起動及び停止を制御する
   ための装置であって、 太陽電池の直流電圧と直流電流を検出する検出部と、 前記検出部により検出した直流電圧と直流電流から太陽
   電池最大電力点を決定する最大電力点追尾部と、 インバータを制御するための基準信号となる正弦波パタ
   ーンを発生する正弦波パターン制御部と、 正弦波パターン制御部の動作の切り替えを行う正弦波パ
   ターン調整部と、 検出部からの信号が、システム起動用設定値を上回った
   ときはシステムを起動し、システム停止用設定値を下回
   ったときはシステムの停止を行うシステム起動停止制御
   部と、からなり、 上記正弦波パターン調整部は検出部からの信号を検出
   し、検出信号がシステム停止用設定値＜正弦波パターン
   調整用設定値＜システム起動用設定値となるように設定
   した正弦波パターン調整用設定値を下回った場合には調
   整動作信号を正弦波パターン制御部に入力し、正弦波パ
   ターン調整用設定値を上回っている場合には追尾動作信
   号を正弦波パターン制御部に入力し、 上記正弦波パターン制御部は追尾動作信号を受けた場合
   には太陽電池のからの出力が最大となるような正弦波パ
   ターンを出力し、調整動作信号を受けた場合には最大電
   力点に関係無く直前の正弦波パターンより、所定量振幅
   の小さい正弦波パターンを出力することを特徴とする電
   力供給システム起動停止制御装置。