JP4177284B2 - インバータ装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池等の直流電源からの直流出力をインバータ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、直流出力の変換を高効率で運転するための技術に関するものである。

図６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３インバータ装置ＰＳ３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、上記各のインバータ装置を上記出力電力値に基づいて制御する出力制御部ＳＣ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開閉器ＳＷ１乃至開閉器ＳＷ３とから形成されている。

図６に示す、第１インバータ装置ＰＳ１は、第１インバータ制御回路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インバータ制御回路ＣＯ１と第２インバータ回路ＰＣ１とで形成され、第３インバータ装置ＰＳ３は、第３インバータ制御回路ＣＯ３と第３インバータ回路ＰＣ３とで形成されている。

第１インバータ制御回路ＣＯ１は、出力制御部ＳＡから起動信号が入力すると動作を開始し、第１開閉器ＳＷ１を閉路して第１インバータ回路ＰＣ１に直流電源ＤＣからの出力電力を供給し、かつ、第１インバータ回路ＰＣ１を起動させて直流電圧を交流電圧に変換して系統電源ＡＣに供給する。第２インバータ制御回路ＣＯ２及び第３インバータ制御回路ＣＯ３も上記と同一動作を行なう。

電力検出部ＤＳは、直流電源ＤＣからの出力電力値を検出して出力制御部ＳＡに入力する。上記出力制御部ＳＡは、出力電力演算部ＣＡとインバータ選択部ＣＨとで形成され、上記出力電力演算部ＣＡは上記出力電力値を周期ごと計測し、この周期ごとに計測した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。上記インバータ選択部ＣＨは、上記決定された起動台数に基づいて、各インバータ装置に起動信号を入力する。

図７は、従来技術の動作を説明するタイミング図である。同図において、時刻ｔ＝ｔ３において、出力電力値が図示省略の予め定めた出力電力基準値を越えたときに、出力電力演算部ＣＡはインバータ装置を追加起動する起動信号を出力する。しかし、上記インバータ装置は、起動信号が入力されて出力が安定供給するまでに図７に示す、動作遅れ時間Ｔ１（例えば、数十秒）を必要とし、この動作遅れによって図７に示す斜線の出力電力値が変換対象とならず、系統電源ＡＣに電力が供給できなくなる。

特許文献１に記載する従来技術は、上述したインバータ装置の動作遅れ時間Ｔ１によって生じる出力電力値の無効変換を改善するものである。この従来技術では、図６に示す直流電源ＤＣから出力電力値を予め定めたサンプリング周波数（例えば、数十ｍｓｅｃ）で上記出力電力値をサンプリングして計測する。そして、図８に示す、過去数分間（ｔ１〜ｔ２）に計測された出力電力値の微分係数を求め、この微分係数が増加方向にあるかどうかを判別する。

上記微分係数が増加方向にある場合は、上記微分係数から次周期の時刻ｔ＝ｔ３の出力電力値を推定し、この出力電力推定値が現在運転しているインバータ装置の容量で対応不可能と判別したとき、時刻ｔ＝ｔ２において、インバータ装置を追加する起動信号を出力するので、時刻ｔ＝ｔ３において、追加起動されたインバータ装置は既に安定動作となり、上記出力電力値が上記インバータ装置の容量を超えることがなくなり、上記出力電力値が無駄なく変換できる。

特開平１１−３４１８１６号公報

上述において、刻々と変化する直流電源（太陽電池）の出力電力値の変化に対応するために、上記出力電力値を予め定めた周期で計測し、上記計測した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ていた。しかし、上記インバータ装置は、起動信号が入力されて出力が安定供給するまでに動作遅れを必要とし、この動作遅れによって図７に示す斜線の出力電力値が変換対象とならず、系統電源ＡＣに電力が供給できなくなり変換効率の低下を招いてしまう

上述の状況において特許文献１の従来技術を適用すると、図８に示す、過去数分間の出力電力値が緩やかに増加するときには、微分係数から次周期の出力電力値を精度良く推定できる。しかし、図９に示す過去数分間（時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２）の出力電力値が急激に減少し以後増加したときには、減少した微分係数に基づいて次周期の時刻ｔ＝ｔ３の出力電力値を推定し、この出力電力推定値に基づいて現在運転しているインバータ装置の起動台数を決定すると減少させてしまう。そして、図９に示す、時刻ｔ＝ｔ２以後において、上記出力電力値が減少から増加に移行すると、上記インバータ装置の容量を大きく超えてしまい、上記系統電源ＡＣに電力が供給できなくなり逆に大きな変換効率の低下を招いてしまう。

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制御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、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に基づいて前記インバータ装置の起動台数を決定して運転する電源システムにおいて、前記直流電源の出力電力値を予め定めた周期ごとに計測し、前記出力電力値を所定期間移動平均して前記周期ごとに移動平均値を算出し、前記移動平均値と前記出力電力値との出力電力差分値に基づいて修正値を算出し、前記移動平均値に前記修正値を加算して移動平均修正値を算出し、過去所定回数の前記移動平均修正値に基づいて回帰曲線を求め、前記回帰曲線から次周期の出力電力値を推定し、前記出力電力推定値に基づいて前記インバータ装置の起動台数を決定することを特徴とするインバータ装置の制御方法である。

第２の発明は、前記出力電力値と一周期前の出力電力値との変化率を算出し、かつ、前記移動平均値と一周期前の移動平均値との変化率を算出し、前記両変化率及び前記出力電力差分値に基づいて請求項１記載の修正値を算出することを特徴とするインバータ装置の制御方法である。

上記第１の発明によれば、次周期の出力電力値を推定中に直流電源からの出力電力が急激に変動しても、上記出力電力値を所定期間移動平均して移動平均値を算出し、この移動平均値に基づいて回帰曲線を求め、上記回帰曲線から次周期の出力電力値を推定しているので、上記出力電力の急激な変動値が上記移動平均によって平滑されるので次周期の出力電力値の推定誤差要因が大きく緩和され正しく推定できる。

第２の発明によれば、移動平均値と出力電力値との差分値に基づいて移動平均値を修正し、上記修正した移動平均値から回帰曲線を求めて次周期の出力電力値を推定し、この出力電力推定値に基づいて上記インバータ装置の起動台数を決定すると上記起動台数の精度が良くなる。

第３の発明によれば、出力電力値と一周期前の出力電力値との変化率、かつ、移動平均値と一周期前の移動平均値との変化率を算出し、両変化率及び出力電力差分値に基づいて修正値を算出しているので、上記修正値の信頼性が向上し、この向上によって精度の高い出力電力推定値が算出できる。

［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６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３インバータ装置ＰＳ３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、上記各インバータ装置を上記出力電力値に基づいて制御する出力推定制御部ＳＣ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開閉器ＳＷ１乃至開閉器ＳＷ６とから形成されている。上記電源システムはインバータ装置を３台使用しているが、３台以使用して電源システムを形成してもよい。

電力検出部ＤＳは、直流電源ＤＣからの出力電力値を検出して出力推定制御部ＳＣに入力する。上記出力推定制御部ＳＣは、出力電力推定演算部ＰＡとインバータ選択部ＣＨとで形成され、上記出力電力推定演算部ＰＡは出力電力値を周期ごと計測し、この計測した出力電力値を所定期間移動平均して周期ごとに移動平均値を算出し、上記出力電力値と上記移動平均値とに基づいて周期ごとに移動平均修正値を算出し、この移動平均修正値に基づいて回帰曲線を求めて次周期の出力電力値を推定し、上記出力電力推定値に基づいてインバータ装置の起動台数を決定する。上記インバータ選択部ＣＨは、上記決定された起動台数に基づいて、各インバータ装置に起動信号を入力する。

第１インバータ制御回路ＣＯ１は、出力推定制御部ＳＣから起動信号が入力すると動作を開始し、第１開閉器ＳＷ１及び第４開閉器ＳＷ４を閉路して第１インバータ回路ＰＣ１に直流電源ＤＣからの出力電力を供給し、かつ、第１インバータ回路ＰＣ１を起動させて直流電圧を交流電圧に変換して系統電源ＡＣに供給する。第２インバータ制御回路ＣＯ２及び第３インバータ制御回路ＣＯ３も上記と同一動作を行なう。

次に、実施の形態１の動作を図２に示すフローチャートを参照して説明する。図２に示すステップ１００において、直流電源ＤＳから出力される出力電力値を予め定めた周期ごとで計測し、上記計測した出力電力値を所定期間移動平均して周期ごとの移動平均値を算出する。

ステップ３００において、過去の所定回数の移動平均値から回帰曲線（２次回帰曲線又は３次回帰曲線）を求める。

ステップ４００において、上記回帰曲線より次周期の出力電力を推定して出力電力推定値を求める。

ステップ５００において、例えば、現在の出力電力値が１８０ＫＷで定格出力１００ＫＷのインバータ装置が２台で運転している場合、上記回帰曲線から推定される次周期の出力電力推定値が２１０ＫＷと推定されたとき、上記１００ＫＷ対応のインバータ装置２台では対応できないと判別して、現在運転していないインバータ装置の中から選択して、上記インバータ装置を１台起動する。また、次周期の出力電力推定値が１７０ＫＷと推定されたときには、１００ＫＷ対応のインバータ装置２台で対応可能であると判別して現状の台数を維持する。

以上でルーチンが終了し、また最初のステップ１００から同じルーチンが繰り返される。

上述したように、実施の形態１の発明は、所定期間の出力電力値の移動平均値から回帰曲線を求め、上記回帰曲線から次周期の出力電力値を推定しているので、上記移動平均値の算出中に急激な出力電力の変動が生じても、上記移動平均によって上記出力電力の急激な変動値が平滑されるので次周期の出力電力値の推定誤差要因が大きく緩和される。

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２の動作を説明するフローチャートである。図３において図２に示す機能と同一機能は動作の説明を省略し違いのみを説明する。

図３に示すステップ１００において、直流電源ＤＳから出力される出力電力値を予め定めた周期ごとで計測し、上記出力電力値を所定期間移動平均して周期ごとの移動平均値を算出する。

ステップ２０１において、出力電力値と移動平均値との差の出力電力差分値を算出し、上記出力電力差分値の絶対値と予め定めた差分基準値とを比較して、上記出力電力差分値の絶対値が上記差分基準値より大きいときに、ステップ２０２にすすむ。

ステップ２０２において、出力電力差分値が正か負かを判別する。上記出力電力差分値が正の値のときはステップ２０３、負の値のときは２０４にすすむ。

ステップ２０３において、出力電力差分値に予め定めた（１／ｎ）倍の係数を乗算して正の修正値を算出する。

ステップ２０４において、出力電力差分値に予め定めた（１／ｎ）倍の係数を乗算して負の修正値を算出する。

ステップ２０５において、移動平均値に上記修正値を加算して、周期ごとの移動平均修正値を算出する。

かつ、上述のステップ２０１において、出力電力値と移動平均値との差の出力電力差分値を算出し、上記出力電力差分値の絶対値と予め定めた差分基準値とを比較して、上記出力電力差分値の絶対値が上記差分基準値より小さいときに、ステップ２０５にすすむ。

ステップ２０５において、上記移動平均値を周期ごとの移動平均修正値とする。

以後は、図２に示すフローチャートと同一処理を行なうので動作説明は省略する。

上述したように、実施の形態２の発明は、移動平均値と出力電力値との差分値に基づいて修正値を算出し、上記移動平均値に修正値を加算するので、最新の移動平均値と最新の出力電力値との差が縮小できる。この移動平均値から回帰曲線を求めて次周期の出力電力値を推定すると信頼性が向上する。

［実施の形態３］
図４及び図５は、本発明の実施の形態３の動作を説明するフローチャートである。図４及び図５において図２に示す機能と同一機能は動作の説明を省略し違いのみを説明する。

図４に示すステップ１００において、直流電源ＤＳから出力される出力電力値を予め定めた周期ごとで計測し、上記出力電力値を所定期間移動平均して周期ごとの移動平均値を算出する。

ステップ２０１において、出力電力値と一周期前の出力電力値との変化率（傾き）を算出し、移動平均値と一周期前の移動平均値との変化率（傾き）を算出し、一方の変化率が上昇し、他方の変化率が下降するかを判別し、ＹＥＳのときには、ステップ２０２にすすみ、ＮＯのときには、ステップ２０５にすすむ。

ステップ２０２において、出力電力値と一周期前の出力電力値との変化率（傾き）が上昇し、移動平均値と一周期前の移動平均値との変化率（傾き）が下降するかを判別し、ＹＥＳのときには、ステップ２０３にすすみ、ＮＯのときには、ステップ２０４にすすむ。

ステップ２０３において、出力電力値と移動平均値との差の出力電力差分値を算出し、上記出力電力差分値に予め定めた（１／ｎ）倍の係数を乗算して正の修正値として算出する。

ステップ２０４において、出力電力値と移動平均値との差の出力電力差分値を算出し、上記出力電力差分値に（１／ｎ）倍の係数を乗算して負の修正値として算出する。

ステップ２０９において、移動平均値に上記算出した修正値を加算して、周期ごとの移動平均修正値を算出する。

上述のステップ２０１でＮＯのときには、ステップ２０５にすすむ。ステップ２０５において、出力電力値の変化率と移動平均値の変化率（傾き）が共に上昇又は共に下降し、その間に交差が有るかを判別し、ＹＥＳのときにはステップ２０６にすすみ、ＮＯのときにはステップ２０９にすすむ。

ステップ２０６において、出力電力値が移動平均値より大きいかを判別し、ＹＥＳのときにはステップ２０７にすすみ、ＮＯのときにはステップ２０８にすすむ。

ステップ２０７において、出力電力値と移動平均値との出力電力差分値を算出し、上記出力電力差分値に（１／ｎ）倍の係数を乗算して正の修正値を算出する。

ステップ２０８において、出力電力値と移動平均値の出力電力差分値を算出し、上記出力電力差分値に（１／ｎ）倍の係数を乗算して負の修正値を算出する。

ステップ２０９において、移動平均値に上記算出した修正値を加算して、周期ごとの移動平均修正値を算出する。

上述のステップ２０５でＮＯのときには、ステップ２０９にすすむ。ステップ２０９において、上記移動平均値を周期ごとの移動平均修正値とする。

以後は、図２に示すフローチャートと同一処理を行なうので動作説明は省略する。

上述したように、実施の形態３の発明は、出力電力値と一周期前の出力電力値との変化率、かつ、移動平均値と一周期前の移動平均値との変化率を算出し、両変化率及び出力電力差分値に基づいて修正値を算出すると、上記修正値の信頼性が大きく向上する。

本発明の実施形態に係る太陽電池の電源システムのブロック図である。 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。 本発明の実施の形態２の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態３の動作を説明するフローチャート（１／２）である。 本発明の実施の形態３の動作を説明するフローチャート（２／２）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。 従来技術の動作を説明するタイミング図である。 従来技術の動作を説明する第２のタイミング図である。 従来技術の動作を説明する第３のタイミング図である。

符号の説明

ＡＣ 交流系統
ＣＡ 出力電力演算部
ＣＨ インバータ選択部
ＣＯ１ 第１インバータ制御回路
ＣＯ２ 第２インバータ制御回路
ＣＯ３ 第３インバータ制御回路
ＤＣ 直流電源（太陽電池）
ＤＳ 電力検出部
ＰＡ 出力電力推定演算部
ＰＣ１ 第１インバータ回路
ＰＣ２ 第２インバータ回路
ＰＣ３ 第３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
ＰＳ３ 第３インバータ装置
ＳＡ 出力制御部
ＳＣ 出力推定制御部
ＳＷ１ 第１開閉器
ＳＷ２ 第２開閉器
ＳＷ３ 第３開閉器
ＳＷ４ 第４開閉器
ＳＷ５ 第５開閉器
ＳＷ６ 第６開閉器

Claims (2)

1. 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に基づいて前記インバータ装置の起動台数を決定して運転する電源システムにおいて、前記直流電源の出力電力値を予め定めた周期ごとに計測し、前記出力電力値を所定期間移動平均して前記周期ごとに移動平均値を算出し、前記移動平均値と前記出力電力値との出力電力差分値に基づいて修正値を算出し、前記移動平均値に前記修正値を加算して移動平均修正値を算出し、過去所定回数の前記移動平均修正値に基づいて回帰曲線を求め、前記回帰曲線から次周期の出力電力値を推定し、前記出力電力推定値に基づいて前記インバータ装置の起動台数を決定することを特徴とするインバータ装置の制御方法。
2. 前記出力電力値と一周期前の出力電力値との変化率を算出し、かつ、前記移動平均値と一周期前の移動平均値との変化率を算出し、前記両変化率及び前記出力電力差分値に基づいて請求項１記載の修正値を算出することを特徴とするインバータ装置の制御方法。

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