JP4575026B2 - 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、特に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５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制御部ＳＡ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ＳＷｎとから形成されている。

図５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ｎインバータ装置ＰＳｎは、第ｎインバータ制御回路ＣＯｎと第ｎインバータ回路ＰＣｎとで形成されている。

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乃至第ｎインバータ制御回路ＣＯｎ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ＰＡ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ＰＡは、上記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。

特許文献１に記載する従来技術は、図５に示す従来技術の電源システムのインバータ装置１台あたりの最大入力電力値を（定格入力電力値／最大変換効率）で算出し、出力電力値≦（最大入力電力値×ｎ）より起動台数を決定するので、日射強度が曇り等によって低下して、上記出力電力値が低くなっても変換効率の高い状態で起動台数ｎを決定することかできる。例えば、定格入力電力値１００ＫＷ、最大変換効率９５％とすると、上記最大入力電力値は１０５ＫＷとなる。このときに上記出力電力値が２７０ＫＷから１２０ＫＷに低下すると、上記インバータ装置の起動台数が３台から２台に減少し、上記インバータ装置１台の入力電力値が９０ＫＷから６０ＫＷに減少する、しかし、インバータ装置の変換効率を考慮して起動台数を決定しているので、上記出力電力値が低下しても図２に示すインバータ装置の定格入力電力の１０％（１０ＫＷ）以下の低変換効率範囲で動作することがなく、上記出力電力値を無駄なく交流電力に変換できる。

特開平８−３３２１１号公報

上述の特許文献１の従来技術を適用すると、出力電力値が低下して小さくなっても、図２に示すようにインバータ装置が定格入力電力値の１０％以下の低変換効率範囲で動作することが無くなり、上記出力電力値を無駄なく交流電力に変換できる。しかし、上記特許文献１の従来技術の出力電力範囲の値は（定格入力電力値／最大変換効率）で決定され、上記出力電力値に急激な変化が生じて上記出力電力範囲外になったとき、図５に示す開閉器の開閉台数とインバータ装置の起動台数とが変化し、上記開閉器及び上記インバータ装置の寿命を短くしてしまう。

図６は時間と出力電力値との関係を示すタイミング図である。同図において、時刻ｔ＝ｔ０〜ｔ８の期間において、時間が経過するとともに上記出力電力値が増加し、時刻ｔ＝ｔ８以後は減少する。例えば、時刻ｔ＝ｔ４において、上記出力電力値が増加して上記出力電力範囲を超えたときに、インバータ装置の起動台数は４台から５台に増加する。しかし、時刻ｔ＝ｔ５付近において、上記出力電力値に急激な変化が生じ減少及び増加がおこり上記出力電力範囲外になったとき、図６に示すようにインバータ装置の起動台数は５台から４台に減少し、続いて、４台から６台に増加する。このために、図５に示す開閉器の開閉回数とインバータ装置の起動回数とが増加して上記開閉器及び上記インバータ装置の寿命を短くしてしまう。

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、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、前記直流電源からの出力電力値を予め定めた周期で算出し、前記周期ごと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、
第１回目の周期終了時は、第１回目に算出された前記出力電力値を前記インバータ装置の定格入力電力値の０．４〜０．９の範囲の高変換効率入力電力値で乗算して起動台数を決定し、第２回目の周期終了時は、前記第２回目に算出された前記出力電力値が前記インバータ装置の定格入力電力値と前記決定した起動台数とを掛算した値の０．４〜０．９の出力電力範囲内のときには前記第１回目の起動台数を維持し、前記出力電力範囲外のときには前記第２回目の出力電力値を前記高変換効率入力電力値で乗算して再度起動台数を決定し、続いて、第ｎ回目の周期終了時は、第ｎ回目に算出された出力電力値が前記インバータ装置の定格入力電力値と第ｎ−１回目に決定した起動台数とを掛算した値の０．４〜０．９の出力電力範囲内のときには第ｎ−１回目の起動台数を維持し、前記出力電力範囲外のときには前記第ｎ回目の出力電力値を前記高変換効率入力電力値で乗算して再度起動台数を決定し、以後、前記と同一処理を繰り返す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、上記直流電源ＤＣからの出力電力値が低くなっても、インバータ装置の変換効率を考慮した高変換効率の入力電力値と上記出力電力値とに基づいて起動台数を決定しているので、上記出力電力値が低くなっても上記インバータ装置が低変換効率範囲で運転することがなくなり、系統電源に変換された交流電力が効率よく供給できる。

第２の発明によれば、出力電力範囲はインバータ装置の起動台数の増加に応じて広くなる。上記より出力電力値が大きいほど上記出力電力範囲は広くなる。この領域で上記出力電力値に急激な変動が生じても出力電力値の変動値が上記広くなった出力電力範囲外になることは極めて少なく、上記出力電力値の急激な変動に応じてインバータ装置の起動台数が変化することが減少し、電源システムを形成している開閉器及びインバータ装置の寿命が延びる。

［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５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台数制御部ＳＫと、上記直流電源ＤＣに接続された上記直流電源ＤＣからの出力電力を開閉する開閉器ＳＷ１乃至開閉器ＳＷｎとから形成されている。

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台数制御部ＳＫに入力する。上記出力台数制御部ＳＫは、台数演算部ＮＡとインバータ選択部ＣＨとで形成され、上記台数演算部ＮＡは、周期ごとの出力電力値と予め定めた高変換率入力電力値に基づいて起動台数を決定し、かつ上記起動台数に応じて出力電力範囲を決定する。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、出力台数制御部ＳＫ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ｎインバータ制御回路ＣＯｎも上記と同一動作を行なう。また、本発明では電源システムのインバータ装置の接続台数を５台に想定して説明する。

次に、本発明の実施の形態の動作を、図２に示すインバータ装置の入力−変換効率特性図と図３に示すフローチャートとを参照して説明する。

図３に示すステップ１００において、直流電源ＤＳから検出される周期ごとの第１回目の出力を計測して第１回目の出力電力値として算出する。

ステップ２００において、本発明のインバータ装置の定格入力電力が、例えば、１００ＫＷのインバータ装置であって、図２に示す、変換効率が高い範囲内であって高変換効率率入力電力値が６０ＫＷとする。そして、上記算出した第１回目の出力電力値を上記高変換効率入力電力値の６０ＫＷで除算して第１回目のインバータ装置の起動台数ｎを決定する。

ステップ３００において、変換効率が高い範囲で、図２より、定格入力電力１００ＫＷの４０％〜９０％のとき、出力電力範囲は下記に示す式
１００ｎ×（０．４〜０．９）
より算出し、第１回目の出力電力範囲を（４０ｎＫＷ〜９０ｎＫＷ）とする。また、図２に示す定格入力電力の４０％〜９０％は、変換効率が９２％〜９４％と高い変換効率を維持している。

ステップ４００において、直流電源ＤＳから検出される周期ごとの第２回目の出力を計測して第２回目の出力電力値として算出する。

ステップ５００において、第２回目に算出された出力電力値と第１回目に決定された起動台数ｎに応じた出力電力範囲（４０ｎＫＷ〜９０ｎＫＷ）とを比較し、上記第２回目の出力電力値が上記第１回目の出力電力範囲内のときにはステップ６００に進み、上記出力電力範囲外のときにはステップ７００に進む。

ステップ６００において、上記第２回目の出力電力値が上記第１回目の出力電力範囲（４０ｎＫＷ〜９０ｎＫＷ）内であるので、上記第１回目に決定された起動台数ｎを維持してステップ８００に進む。

ステップ７００において、上記第２回目の出力電力値が上記第１回目の出力電力範囲（４０ｎＫＷ〜９０ｎＫＷ）外のときには、上記第２回目に算出した出力電力値を上記高変換効率入力電力値の６０ＫＷで除算して再度起動台数ｎを決定する。

ステップ８００において、
１００ｎ×（０．４〜０．９）
の式に、上記再度決定した起動台数ｎを入力して第２回目の出力電力範囲を算出する。

以上でルーチンが終了し、電源システムの動作が終了するまで、以後上記ステップ４００〜ステップ８００のルーチンを繰り返す。

上述したように、上記周期ごとの出力電力値を上記インバータ装置の高変換効率入力電力値で除算して起動台数を決定しているので、日射強度が曇り等によって低下して、上記出力電力値が低くなっても、図２に示す、低変換効率範囲で運転されることがなくなる。

図４は、時間と出力電力値との関係を示すタイミング図である。同図において、上記出力電力範囲は、１００ｎ×（０．４〜０．９）の式より算出しているので、上記インバータ装置の起動台数の増加に応じて出力電力範囲が広くなる。上記より図４に示す時刻ｔ＝ｔ５において、上記出力電力値に急激な変動が生じても、上記広くなった出力電力範囲の
効果によって上記インバータ装置の起動台数が変化することが減少する。また、時刻ｔ＝ｔ６において、上記出力電力範囲はさらに広くなる。

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。 インバータ装置の入力−変換効率特性を示す線図である。 本発明の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。 本発明の動作を説明するタイミング図である。 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。

符号の説明

ＡＣ 交流系統
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
ＣＯｎ 第ｎ３インバータ制御回路
ＤＣ 直流電源（太陽電池）
ＤＳ 電力検出部
ＮＡ 台数演算部
ＰＡ 出力電力演算部
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
ＳＡ 出力制御部
ＳＫ 出力台数制御部
ＳＷ１ 第１開閉器
ＳＷ２ 第２開閉器
ＳＷ３ 第３開閉器
ＳＷ４ 第４開閉器
ＳＷｎ−１ 第ｎ−１開閉器
ＳＷｎ 第ｎ開閉器

Claims (1)

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を予め定めた周期で算出し、前記周期ごと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、
   第１回目の周期終了時は、第１回目に算出された前記出力電力値を前記インバータ装置の定格入力電力値の０．４〜０．９の範囲の高変換効率入力電力値で乗算して起動台数を決定し、第２回目の周期終了時は、前記第２回目に算出された前記出力電力値が前記インバータ装置の定格入力電力値と前記決定した起動台数とを掛算した値の０．４〜０．９の出力電力範囲内のときには前記第１回目の起動台数を維持し、前記出力電力範囲外のときには前記第２回目の出力電力値を前記高変換効率入力電力値で乗算して再度起動台数を決定し、続いて、第ｎ回目の周期終了時は、第ｎ回目に算出された出力電力値が前記インバータ装置の定格入力電力値と第ｎ−１回目に決定した起動台数とを掛算した値の０．４〜０．９の出力電力範囲内のときには第ｎ−１回目の起動台数を維持し、前記出力電力範囲外のときには前記第ｎ回目の出力電力値を前記高変換効率入力電力値で乗算して再度起動台数を決定し、以後、前記と同一処理を繰り返すことを特徴とするインバータ装置の制御方法。

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