JPH1084633A - 太陽光発電インバータの運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連系電圧を抑制する際の過剰な進相運転を防
止して太陽光発電電力を最も有効に利用し得るようにす
るとともに、複数台インバータを同時に運転したときの
進相運転制御による運転力率のばらつきを防止する。 【解決手段】 配電線５の連系運転に基づく連系電圧を
検出し、検出電圧が設定された進相運転開始電圧以上に
上昇したときに検出電圧に応じた力率の進相運転への移
相量をくり返し求め、移相量に応じて太陽光発電インバ
ータ１の運転位相を進相し、検出電圧が進相運転開始電
圧以上のときに太陽光発電インバータ１を検出電圧に応
じた力率の進相運転に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる分散電源
を形成する太陽光発電インバータの運転方法に関し、詳
しくは連系電圧（連系点電圧）の上昇抑制に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図３に示すこの種太陽光発電イン
バータ１は太陽電池２の発電電力（有効電力）を極力有
効に利用するため、太陽電池２にパワーコンディショナ
としての電流制御方式のインバータ部３を接続し、その
出力電流を太陽電池２の発電量に応じて制御するように
形成される。

【０００３】そして、インバータ部３の出力側は配線イ
ンピーダンス４で示された配電線５を介して配電系統の
系統電源６に接続され、太陽光発電インバータ１が系統
電源６に連系運転され、その出力が系統電源６とともに
負荷７に供給される。

【０００４】つぎに、インバータ部３が電圧型電流制御
方式の場合、インバータ部３は制御部８により、従来、
つぎに説明するように制御されて運転される。

【０００５】すなわち、太陽電池２の発電量がインバー
タ部３の入力側の直流の電圧，電流から監視されて検出
され、電圧制御回路９から乗算器１０に発電量に比例し
た振幅制御信号が供給される。

【０００６】また、変流器１１によりインバータ部３の
出力電流が検出され、出力電流に応じた電圧の出力電流
検出信号が変流器１１から出力される。

【０００７】さらに、太陽光発電インバータ１と系統電
源６との連系運転に基づく配電線５の電圧，すなわち連
系電圧が変圧器１２により検出され、この変圧器１２の
連系電圧に応じた電圧検出信号が同期検出回路１３，電
圧実効値演算回路１４に供給される。

【０００８】そして、同期検出回路１３は連系電圧の例
えばゼロクロス点に同期した位相基準の同期パルスを形
成し、このパルスを進相運転用移相回路１５に供給す
る。

【０００９】また、電圧実効値演算回路１４は電圧検出
信号から連系電圧の実効値を求め、この実効値の検出信
号を進相運転開始判定回路１６に供給する。

【００１０】この判定回路１６は電圧実効値演算回路１
４の検出信号から連系電圧の変化を監視して検出し、連
系電圧が所定の進相運転開始電圧Ｖ₁ に上昇すると、進
相運転指令を発生し、この指令を進相運転用移相回路１
５に供給する。

【００１１】そして、進相運転指令が発生しない通常運
転時は、同期検出回路１３の同期パルスに基づき、進相
運転用移相回路１５が連系電圧の位相の正弦波信号を位
相制御信号として形成し、この信号を乗算器１０に供給
する。

【００１２】このとき、乗算器１０は電圧制御回路９の
振幅制御信号と進相運転用移相回路１５の位相制御信号
とを乗算し、振幅制御信号の振幅の連系電圧に位相同期
した正弦波信号を形成して減算器１７に供給する。

【００１３】この減算器１７は、乗算器１０の出力信号
と変流器１１の出力電流検出信号との差を演算し、イン
バータ部３の出力電流を太陽電池２の発電量に応じて増
減補正した誤差信号を形成する。

【００１４】さらに、減算器１０の誤差信号が電流制御
回路１８に供給され、この制御回路１８により誤差信号
に応じた出力電流制御の基準信号が形成され、この基準
信号と系統周波数より十分高い周波数の搬送波信号とに
基づき、ＰＷＭパルス作成部１９が前記誤差信号に応じ
たＰＷＭ駆動パルスを作成する。

【００１５】そして、このＰＷＭ駆動パルスによりイン
バータ部３が運転され、進相運転指令が発生しない通常
運転時は、力率１の運転により発電量に応じた連系電圧
の位相の出力電流がインバータ部３から出力される。

【００１６】ところで、図４の（ａ）に示すように、配
線インピーダンス４は一般にコイルＬと抵抗Ｒとの直列
回路で等価できる。

【００１７】そして、系統電圧，インバータ部３の出力
電圧（連系電圧）をＶｓ，Ｖｉｎｖとし、配電線５を流
れるインバータ部３の出力電流をＩａとすると、太陽電
池２の発電量が０のときは、出力電流Ｉａが０になるた
め、図４の（ｂ）の電圧ベクトルに示すように出力電圧
Ｖｉｎｖが系統電圧Ｖｓに等しくなり、連系電圧は系統
電圧Ｖｓに一致する。

【００１８】つぎに、太陽電池２が発電し、力率１の運
転により系統電圧Ｖｓと同相の出力電流Ｉａが発生する
と、図４の（ｃ）の電圧ベクトルに示すように、出力電
圧Ｖｉｎｖは系統電圧Ｖｓに抵抗Ｒの電圧降下Ｖ_R （＝
Ｉａ・Ｒ）を加算した電圧に上昇し、発電量に応じたイ
ンバータ部３の出力が負荷７に給電され、太陽電池２の
発電電力が有効に利用される。

【００１９】しかし、系統電圧Ｖｓと同相の出力電流を
形成するのみでは、とくに、系統電源６の短絡容量が連
系運転される太陽光発電インバータ１の容量に比してあ
まり大きくないような場合、太陽電池２の発電量の増大
に伴う連系電圧の上昇により、負荷７等が過電圧印加状
態になるおそれがある。

【００２０】この過電圧印加状態の発生を防止するた
め、連系電圧がある程度上昇したときに、インバータ部
３の出力電流を制限することが考えられるが、この場合
は、太陽電池２の発電電力の有効利用が図られない。

【００２１】一方、出力電流を制限する代わりに、その
位相を進相に制御して連系電圧を抑制すれば、太陽電池
の発電電力を有効に利用して前記の過電圧印加状態の発
生を防止することができる。

【００２２】そこで、従来は連系電圧が前記の進相運転
開始電圧Ｖ₁ に上昇すると、進相運転開始判定回路１６
により進相運転指令を形成し、この指令を進相運転用移
相回路１５に供給する。

【００２３】そして、進相運転用移相回路１５により、
位相制御信号を同期検出回路１３の同期パルスの位相か
ら進相する。

【００２４】このとき、乗算器１０の出力信号は、進相
運転用移相回路１５の位相制御信号にしたがって系統電
圧より進み位相になる。

【００２５】そのため、乗算器１０の出力信号と変流器
１１の出力電流検出信号との誤差信号に基づき、インバ
ータ部３が力率１の運転から逸脱した進相運転で駆動さ
れ、その出力電流が系統電圧より進み位相に制御され
る。

【００２６】このとき、出力電流の進み位相をθとする
と、図４の（ｄ）に示すように、配電線５を流れる出力
電流Ｉａは、系統電圧Ｖｓとの同相の成分がＩａ・ｃｏ
ｓθになり、系統電圧Ｖｓより９０°進んだ進相の成分
がＩａ・ｓｉｎθになる。

【００２７】したがって、出力電圧Ｖｉｎｖは系統電圧
Ｖｓと，Ｉａ・ｃｏｓθに基づく抵抗Ｒの電圧降下Ｖ_R
との加算電圧Ｖｓ＋Ｖ_R （＝Ｖｓ＋Ｉａ・ｃｏｓθ）よ
り、進相成分Ｉａ・ｓｉｎθに基づくコイルＬの電圧降
下Ｖ_L （＝−ωＬ・Ｉａ・ｓｉｎθ）低くなり、連系電
圧が進相運転を行わない場合の電圧Ｖｓ＋Ｖ_R より抑制
される。

【００２８】ところで、インバータ部３の進相運転への
逸脱量は、分散電源についての進相運転方式のガイドラ
インに示されているように、インバータ部３の過負荷防
止等の観点から力率０．８５が限度とされる。

【００２９】そして、従来は所定の進相運転開始電圧Ｖ
₁ で進相運転を開始すると、連系電圧が進相運転開始電
圧Ｖ₁ を下回らない限り、力率０．８５の進相運転まで
連続的にインバータ部３の運転を進相制御する。

【００３０】そして、この制御により、連系電圧が進相
運転開始電圧Ｖ₁ より低下すると、インバータ部３の運
転を力率１．０に徐々に復帰する。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のように進相
運転開始電圧Ｖ₁ を設定し、連系電圧が進相運転開始電
圧Ｖ₁ 以上に上昇したときに、運転位相を連続的に進相
するため、運転開始電圧Ｖ₁ に低下しない限り進相方向
に移相され続け、太陽電池２の発電電力を最も有効に利
用することができない問題点がある。

【００３２】しかも、図５に示すように、＃１，＃２，
…，＃ｎの複数台の太陽光発電インバータ１を配電線５
に接続して同時に運転する場合、回路特性のばらつき等
により進相運転開始電圧Ｖ₁ がインバータ１毎に異な
り、連系電圧が上昇したときに、最も低い進相運転開始
電圧Ｖ₁ のインバータ１，例えば＃１のインバータ１が
最初に進相運転に移行する。

【００３３】そして、＃１のインバータ１が進相運転制
御されると、この制御により電圧抑制効果が現われ、＃
１のインバータ１のみが力率０．８５で進相運転され、
それ以外の＃２，…，＃ｎのインバータ１は進相運転さ
れることなく力率１の通常運転で運転され続ける。

【００３４】すなわち、太陽光発電インバータ１を２を
複数台使用する場合、インバータ１によって進相運転さ
れ易いものとそうでないものとが生じ、インバータ１間
の運転力率のばらつきが生じて全てのインバータ１を同
じ力率条件で運転することができない問題点があり、例
えば、インバータ１を各戸に１台ずつ設けると、極端な
場合、特定の１戸のインバータ１のみが常に力率０．８
５で進相運転され、残りの各戸のインバータ１は力率１
で通常運転される事態を招く。

【００３５】本発明は、連系電圧を抑制する際の過剰な
進相運転を防止して太陽光発電電力を最も有効に利用し
得るようにするとともに、複数台のインバータを同時に
運転したときの進相運転による運転力率のばらつきを抑
制することを課題とする。

【００３６】

【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インバータの運転方法におい
ては、配電線の連系運転に基づく連系電圧を検出し、検
出電圧が設定された進相運転開始電圧以上に上昇したと
きに検出電圧に応じた力率の進相運転への移相量をくり
返し求め、移相量に応じて太陽光発電インバータの運転
位相を進相し、検出電圧が進相運転開始電圧以上のとき
に太陽光発電インバータを検出電圧に応じた力率の進相
運転に制御する。

【００３７】したがって、連系電圧が進相運転開始電圧
以上になると、太陽光発電インバータは、従来のように
連系電圧が設定された電圧に低下するまで運転位相が連
続的に進相方向に移相されるのでなく、検出した連系電
圧に相当する進相量の進相運転に制御される。

【００３８】そのため、太陽光発電インバータの運転の
進相量が連系電圧に追従して変化し、過不足のない適切
な進相運転が行え、太陽電池の発電電力が最も有効に利
用される。

【００３９】しかも、複数台の太陽光発電インバータを
同時に運転した場合、連系電圧が進相運転開始電圧以上
になると、各インバータがそれぞれ連系電圧に相当する
進相量の進相運転に制御され、このとき、インバータ間
に進相運転開始電圧の多少のばらつきがあっても、１台
のインバータのみが進相運転に制御されるような事態は
発生せず、各インバータがほぼ等しく進相運転され、運
転力率のばらつきが抑制される。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態につき、図
１及び図２を参照して説明する。図１は太陽光発電イン
バータ１の構成を示し、図３と同一符号は同一もしくは
相当するものを示す。

【００４１】そして、図１のインバータ１が図３と異な
る点は、図３の進相運転開始判定回路１６の代わりに進
相量設定用関数回路２０を設け、この関数回路２０の進
相量の出力信号に基づき、進相運転用移相回路１５によ
り関数回路２０の出力信号の進相量だけ同期検出回路１
３の同期パルスを進相方向に移相した移相制御信号を形
成し、この信号を乗算器１０に供給した点である。

【００４２】つぎに、進相量設定用関数回路２０につい
て発明する。この関数回路２０は電圧実効値演算回路１
４を介した変圧器１２の検出電圧に基づき、配電線５の
連系電圧が進相運転開始電圧Ｖ₁ 以上のときに、連系電
圧が力率０．８５の進相運転限界電圧Ｖ₂ に上昇するま
でインバータ部３の進相運転量を連系電圧に応じて線形
可変するため、例えばダイオード特性を利用した図２の
連系電圧−進相量の線形特性の関数回路により形成され
る。

【００４３】そして、力率１の通常運転で連系電圧が進
相運転開始電圧Ｖ₁ 以上に上昇すると、進相量設定用関
数回路２０は、検出した連系電圧に相当する運転力率へ
の進相量をくり返し求めて決定し、この進相量の出力信
号を進相運転用移相回路１５に供給する。

【００４４】なお、連系電圧が進相運転限界電圧Ｖ₂ 以
上に上昇するときは、運転力率を０．８５より小さくし
ないため、進相量を力率０．８５の一定量に保持する。

【００４５】そして、進相運転用移相回路１５が進相量
設定用関数回路２０の出力信号の進相量に応じた移相制
御信号を乗算器１０に供給し、インバータ部３の出力電
流が進相量設定用関数回路２０の出力信号の進相量だけ
連系電圧より進相するようにインバータ部３を進相運転
する。

【００４６】この場合、従来のように連系電圧が進相運
転開始電圧Ｖ₁ より低下するまでインバータ部３の運転
を連続的に進相するのではなく、現在の連系電圧に応じ
た進相量でインバータ部３を運転するため、過剰な進相
運転が発生せず、太陽電池２の発電電力を最大限有効に
利用することができる。

【００４７】また、図６のようにこの種太陽光発電イン
バータ１を複数台同時に運転する際に、各インバータ１
の進相運転開始電圧Ｖ₁ に多少のばらつきがあっても、
連系電圧がそれぞれの開始電圧Ｖ₁ 以上になると、各イ
ンバータ１がそれぞれ連系電圧に応じたほぼ等しい進相
量の運転になる。

【００４８】そのため、従来のように、例えば１台のイ
ンバータ１が力率０．８５で進相運転されて残りのイン
バータ１が力率１で通常運転されるような運転の片寄り
が発生せず、各インバータ１がほぼ等しい力率で進相運
転され、運転力率のインバータ１間のばらつきが抑制さ
れる。

【００４９】ところで、進相量設定用関数回路２０の関
数特性は図２のランプ特性に限られるものではなく、例
えば階段波形状，２次関数形状等であってもよい。

【００５０】また、インバータ部３の制御信号が電流信
号であっても同様の効果が得られるのは勿論である。

【００５１】さらに、進相運転への逸脱量の制限が力率
０．８５と異なる場合及び、進相量の制限のない場合に
も適用できるのは勿論である。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。配電線５の連系電圧が進相運転開始電圧以上になる
と、太陽光発電インバータ１が、検出された連系電圧に
相当する進相量の進相運転に制御されるため、太陽光発
電インバータ１の運転の進相量が連系電圧に追従して変
化し、適切な進相運転が行え、太陽電池の発電電力を最
も有効に利用することができる。

【００５３】しかも、複数台の太陽光発電インバータ１
を同時に運転した場合、連系電圧が進相運転開始電圧以
上になると、各インバータ１がそれぞれ連系電圧に相当
する進相量の進相運転に制御され、このとき、インバー
タ１間に進相運転開始電圧の多少のばらつきがあって
も、１台のインバータ１のみが進相運転に制御されるよ
うな事態は発生せず、各インバータ１がほぼ等しく進相
運転され、運転力率のばらつきを抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態のブロック結線図であ
る。

【図２】図１の連系電圧と進相量との関係の説明図であ
る。

【図３】従来例のブロック結線図である。

【図４】（ａ）は図３の一部の等価回路図、（ｂ）〜
（ｄ）は図３の動作説明用のベクトル図である。

【図５】太陽光発電インバータを複数台同時使用すると
きのブロック結線図である。

【符号の説明】

１ 太陽光発電インバータ ２ 太陽電池 ３ インバータ部 ５ 配電線 ６ 系統電源 ７ 負荷 ８ 制御部 ２０ 進相量設定用関数回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配電線に接続されて系統電源と連系運転
   され、発電量に応じた出力電流に制御される太陽光発電
   インバータの運転方法において、 前記配電線の前記連系運転に基づく連系電圧を検出し、 検出電圧が設定された進相運転開始電圧以上に上昇した
   ときに前記検出電圧に応じた力率の進相運転への移相量
   をくり返し求め、 前記移相量に応じて前記太陽光発電インバータの運転位
   相を進相し、 前記検出電圧が前記進相運転開始電圧以上のときに前記
   太陽光発電インバータを前記検出電圧に応じた力率の進
   相運転に制御することを特徴とする太陽光発電インバー
   タの運転方法。