JP7656818B2 - Boost connection circuit, power conversion system - Google Patents
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Description
本開示は、出力電圧が異なる複数の直流電源の出力を統合するための昇圧接続回路、電力変換システムに関する。 This disclosure relates to a boost connection circuit and power conversion system for integrating the outputs of multiple DC power sources with different output voltages.
再生可能エネルギーへの注目が集まる中、太陽光発電システムの普及が拡大している。複数の太陽電池ストリングが設置される太陽光発電システムにおいて、屋内集中型のパワーコンディショナを使用する場合、パワーコンディショナの前段に、複数の太陽電池ストリングで発電された直流電流を統合するための接続箱が設置される。 As renewable energy sources are gaining attention, the use of solar power generation systems is expanding. When using an indoor centralized power conditioner in a solar power generation system in which multiple solar cell strings are installed, a junction box is installed in front of the power conditioner to integrate the direct current generated by the multiple solar cell strings.
屋根の形状などにより、複数の太陽電池ストリングのそれぞれを構成する太陽電池モジュールの枚数を統一できない場合がある。その場合、パワーコンディショナの前段に昇圧機能付接続箱が設置される。昇圧機能付接続箱は、太陽電池モジュールの直列数が少ない太陽電池ストリングの電圧を、標準の太陽電池ストリングの電圧まで昇圧して各太陽電池ストリングの直流電流を統合する機能を有する(例えば、特許文献1、2参照)。
Due to factors such as the shape of the roof, it may not be possible to standardize the number of solar cell modules that make up each of the multiple solar cell strings. In such cases, a junction box with a boost function is installed in front of the power conditioner. The junction box with a boost function has the function of boosting the voltage of a solar cell string with a small number of solar cell modules connected in series to the voltage of a standard solar cell string and integrating the direct current of each solar cell string (see, for example,
昇圧機能付接続箱は、後段のパワーコンディショナが動作しているときは昇圧動作する必要があるが、後段のパワーコンディショナが停止しているときは昇圧動作を停止させる必要がある。パワーコンディショナの停止中に昇圧機能付接続箱が昇圧動作すると、昇圧機能付接続箱の出力電圧がリミッタ値まで上昇し、昇圧機能付接続箱内の部品の劣化、パワーコンディショナの入力過電圧エラーに繋がる。 The boost junction box needs to perform boost operation when the downstream power conditioner is operating, but needs to stop boost operation when the downstream power conditioner is stopped. If the boost junction box performs boost operation while the power conditioner is stopped, the output voltage of the boost junction box will rise to the limiter value, leading to deterioration of the components inside the boost junction box and an input overvoltage error in the power conditioner.
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、後段に接続されている電力変換装置の動作状態を高精度に判定できる昇圧接続回路、電力変換システムを提供することにある。 This disclosure has been made in consideration of these circumstances, and its purpose is to provide a boost connection circuit and power conversion system that can determine with high accuracy the operating state of a power conversion device connected downstream.
上記課題を解決するために、本開示のある態様の昇圧接続回路は、第1の直流電源より開放電圧が低い第2の直流電源から出力される直流電力の電圧を昇圧可能な昇圧回路と、前記昇圧回路の出力配線と、前記第1の直流電源の出力配線が合流した合流出力配線と、前記昇圧回路を制御する制御部と、本昇圧接続回路から出力される電流を検出する電流センサと、を備える。前記合流出力配線は、本昇圧接続回路から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に接続され、前記制御部は、前記電流センサで検出される電流に応じて、前記電力変換装置が動作中であるか停止中であるかを判定する。 In order to solve the above problem, a boost connection circuit according to one embodiment of the present disclosure includes a boost circuit capable of boosting the voltage of DC power output from a second DC power source having a lower open circuit voltage than a first DC power source, an output wiring of the boost circuit, a junction output wiring in which the output wiring of the first DC power source is joined, a control unit for controlling the boost circuit, and a current sensor for detecting the current output from the boost connection circuit. The junction output wiring is connected to a power conversion device that converts the DC power supplied from the boost connection circuit into AC power, and the control unit determines whether the power conversion device is operating or stopped according to the current detected by the current sensor.
本開示によれば、後段に接続されている電力変換装置の動作状態を高精度に判定できる昇圧接続回路を実現することができる。 This disclosure makes it possible to realize a boost connection circuit that can determine with high accuracy the operating state of a power conversion device connected downstream.
図1は、実施の形態に係る太陽光発電システムの構成例を示す図である。図1に示す太陽光発電システムは集中型の太陽光発電システムであり、複数の太陽電池ストリングPV1、PV2と電力変換システム1を備える。電力変換システム1は、昇圧機能付接続箱(以下適宜、昇圧接続箱または単に昇圧機と呼ぶ)10と電力変換装置20を備える。
Figure 1 is a diagram showing an example of the configuration of a solar power generation system according to an embodiment. The solar power generation system shown in Figure 1 is a centralized solar power generation system, and includes multiple solar cell strings PV1 and PV2 and a
第1太陽電池ストリングPV1は、直列接続された複数の太陽電池モジュール(太陽光パネル)を含む。第2太陽電池ストリングPV2は、第1太陽電池ストリングPV1より直列数が少ない太陽電池モジュールを含む。例えば、第1太陽電池ストリングPV1は5枚の太陽電池モジュールを含み、第2太陽電池ストリングPV2は3枚の太陽電池モジュールを含んでいてもよい。 The first solar cell string PV1 includes a plurality of solar cell modules (solar panels) connected in series. The second solar cell string PV2 includes solar cell modules with a smaller number of series connections than the first solar cell string PV1. For example, the first solar cell string PV1 may include five solar cell modules, and the second solar cell string PV2 may include three solar cell modules.
各太陽電池モジュールは、直列接続された複数の太陽電池セルを含む。太陽電池セルは、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接、直流電力に変換することができる。太陽電池セルとして、ヘテロ接合太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、単結晶シリコン太陽電池、薄膜シリコン太陽電池、化合物系太陽電池などを使用することができる。 Each solar cell module includes multiple solar cells connected in series. The solar cells can convert light energy directly into DC power using the photovoltaic effect. The solar cells can be heterojunction solar cells, polycrystalline silicon solar cells, single crystal silicon solar cells, thin film silicon solar cells, compound solar cells, etc.
昇圧接続箱10は、昇圧回路11、制御部12、第1入力端子IN1、第2入力端子IN2、第1開閉器RY1、第2開閉器RY2、逆流防止ダイオードD1、出力端子OUT、入力電圧センサV1、入力電流センサA1、出力電圧センサV2、出力電流センサA2および温度センサT1を含む。
The
第2太陽電池ストリングPV2は第1太陽電池ストリングPV1より直列数が少ないため、第1太陽電池ストリングPV1より開放電圧が低い。第1太陽電池ストリングPV1は第1入力端子IN1に接続され、第1入力端子IN1に入力された電力が、出力配線W1に供給される。出力配線W1には、第1開閉器RY1と逆流防止ダイオードD1が接続される。第2太陽電池ストリングPV2は第2入力端子IN2に接続され、第2入力端子IN2に入力された電力が、第2開閉器RY2を介して出力配線W2に供給され、さらに昇圧回路11に接続される。
The second solar cell string PV2 has a lower open circuit voltage than the first solar cell string PV1 because it has a smaller number of series connections than the first solar cell string PV1. The first solar cell string PV1 is connected to the first input terminal IN1, and the power input to the first input terminal IN1 is supplied to the output wiring W1. The first switch RY1 and the backflow prevention diode D1 are connected to the output wiring W1. The second solar cell string PV2 is connected to the second input terminal IN2, and the power input to the second input terminal IN2 is supplied to the output wiring W2 via the second switch RY2, and is further connected to the
第1太陽電池ストリングPV1の出力配線W1と、昇圧回路11の出力配線Wbは端子台(不図示)で合流され、端子台と電力変換装置20の入力端子との間が合流出力配線Wmで接続される。以下、本明細書では第1太陽電池ストリングPV1と端子台との間の回路を標準回路系、第2太陽電池ストリングPV2と端子台との間の回路を昇圧回路系と呼ぶ。
The output wiring W1 of the first solar cell string PV1 and the output wiring Wb of the
昇圧回路11は、第2太陽電池ストリングPV2から出力される直流電力の電圧を昇圧可能なDC/DCコンバータである。昇圧回路11は、第2太陽電池ストリングPV2の出力電圧を標準回路系の電圧まで昇圧させることにより、第1太陽電池ストリングPV1の出力電力と第2太陽電池ストリングPV2の出力電力を統合して、出力端子OUTを介して電力変換装置20に供給することができる。
The
入力電圧センサV1は、第2太陽電池ストリングPV2の出力配線W2の電圧を検出して制御部12に出力する。入力電流センサA1は、第2太陽電池ストリングPV2の出力配線W2に流れる電流を検出して制御部12に出力する。出力電圧センサV2は、合流出力配線Wmの電圧を検出して制御部12に出力する。出力電流センサA2は、合流出力配線Wmに流れる電流を検出して制御部12に出力する。温度センサT1は、昇圧接続箱10内の温度を検出して制御部12に出力する。
The input voltage sensor V1 detects the voltage of the output wiring W2 of the second solar cell string PV2 and outputs it to the
入力電圧センサV1、出力電圧センサV2は例えば、分圧抵抗と差動増幅器を含んで構成される。入力電流センサA1、出力電流センサA2は例えば、CTセンサやホールセンサを含んで構成される。温度センサT1は例えば、熱電対やサーミスタを含んで構成される。 The input voltage sensor V1 and the output voltage sensor V2 are, for example, configured to include a voltage dividing resistor and a differential amplifier. The input current sensor A1 and the output current sensor A2 are, for example, configured to include a CT sensor or a Hall sensor. The temperature sensor T1 is, for example, configured to include a thermocouple or a thermistor.
制御部12は、各センサから入力される電圧、電流、温度をもとに昇圧回路11を制御する。制御部12は、入力電圧センサV1で検出される電圧により、第2太陽電池ストリングPV2の出力電圧が、昇圧を開始できる電圧以上となっているか否かを判定することができる。制御部12は、昇圧回路11の昇圧動作を制御して、入力電圧センサV1で検出される電圧および入力電流センサA1で検出される電流を制御することで、第2太陽電池ストリングPV2の発電電力を最適化することができる(詳細は後述する)。
The
制御部12は、温度センサT1で検出される温度を用いて、昇圧回路11の昇圧動作により昇圧接続箱10内の各部品の温度が許容範囲を超えているか否かを監視している。昇圧回路11の昇圧動作中に、検出される温度が許容範囲を超える状態になった場合、制御部12は昇圧回路11の昇圧動作を停止させて昇圧接続箱10内の部品を保護する。昇圧回路11の昇圧動作停止中であっても、検出される温度が許容範囲を超えている場合、検出される温度が許容範囲内に低下するまで、制御部12は昇圧回路11の昇圧動作を開始させない。
The
制御部12は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコントローラ、DSP、ROM、RAM、ASIC、FPGA、その他のLSIを利用できる。ソフトウェア資源として、ファームウェアなどのプログラムを利用できる。
The
図2は、昇圧回路11の回路構成例を示す図である。図2に示す昇圧回路11は、入力コンデンサC1、リアクトルL1、ダイオードD2、スイッチング素子S1および出力コンデンサC2を含む昇圧チョッパである。
Figure 2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the
第2太陽電池ストリングPV2の出力配線W2のプラス配線とマイナス配線間に、入力電圧センサV1と平滑用の入力コンデンサC1が接続される。第2太陽電池ストリングPV2の出力配線W2のプラス配線にリアクトルL1が挿入される。第2太陽電池ストリングPV2の出力配線W2のマイナス配線上に入力電流センサA1が設置される。なお、プラス配線上に設置されてもよい。 An input voltage sensor V1 and a smoothing input capacitor C1 are connected between the positive and negative wiring of the output wiring W2 of the second solar cell string PV2. A reactor L1 is inserted in the positive wiring of the output wiring W2 of the second solar cell string PV2. An input current sensor A1 is installed on the negative wiring of the output wiring W2 of the second solar cell string PV2. It may also be installed on the positive wiring.
昇圧回路11の出力配線Wbのプラス配線とマイナス配線間に、スイッチング素子S1と平滑用の出力コンデンサC2が接続される。昇圧回路11のスイッチング素子S1と出力コンデンサC2間のプラス配線にダイオードD2が直列に接続される。スイッチング素子S1とダイオードD2間のノードにリアクトルL1が接続される。ダイオードD2は、昇圧回路11の出力側からの電流の逆流を防止する。
A switching element S1 and a smoothing output capacitor C2 are connected between the positive and negative wiring of the output wiring Wb of the
スイッチング素子S1には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用することができる。リアクトルL1は、スイッチング素子S1のオン/オフに応じて、第2太陽電池ストリングPV2からの出力電流に基づくエネルギーの蓄積および放出を行う。 The switching element S1 can be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET). The reactor L1 stores and releases energy based on the output current from the second solar cell string PV2 depending on whether the switching element S1 is on or off.
制御部12は、スイッチング素子S1のオン/オフの比率(デューティ比)を制御することにより、昇圧比を制御することができる。制御部12は第2太陽電池ストリングPV2の出力電力(発電電力)が最大になるように昇圧回路11をMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御することができる。
The
図3は、太陽電池モジュールの電力-電圧特性(P-V曲線)を示す図である。太陽電池モジュールの開放電圧Vocと、最大出力電力Pmaxで動作する最大出力動作電圧Vpmとの間の電圧範囲では、動作電圧Vを低下させるほど出力電力Pが増加する。最大出力動作電圧Vpmより下側の電圧範囲では、動作電圧Vを低下させるほど出力電力Pが低下する。MPPT制御では、最大出力電力Pmaxが維持されるように動作電圧Vが制御される。 Figure 3 shows the power-voltage characteristics (P-V curve) of a solar cell module. In the voltage range between the open circuit voltage Voc of the solar cell module and the maximum output operating voltage Vpm at which the module operates at the maximum output power Pmax, the output power P increases as the operating voltage V is lowered. In the voltage range below the maximum output operating voltage Vpm, the output power P decreases as the operating voltage V is lowered. In MPPT control, the operating voltage V is controlled so that the maximum output power Pmax is maintained.
制御部12は、入力電圧センサV1で検出された第2太陽電池ストリングPV2の出力電圧と、入力電流センサA1で検出された第2太陽電池ストリングPV2の出力電流をもとに、第2太陽電池ストリングPV2の出力電力を検出する。制御部12は、第2太陽電池ストリングPV2の出力電圧と出力電力の関係をもとに、第2太陽電池ストリングPV2の出力電力を最大にするための電圧指令値を生成する。
The
制御部12は例えば、山登り法にしたがい動作電圧Vを所定のステップ幅で変化させて最大出力電力Pmaxの動作点を探索する。例えば、図3の最大出力電力Pmaxの動作点の左側では、現在の動作電圧Vを右側にシフトさせるための電圧指令値を生成し、最大出力電力Pmaxの動作点の右側では、現在の動作電圧Vを左側にシフトさせるための電圧指令値を生成する。制御部12は、最大出力電力Pmaxの動作点を捉えると最大出力電力Pmaxの動作点を維持するように電圧指令値を生成する。昇圧回路11のスイッチング素子S1は、生成された電圧指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。
The
図1に戻る。電力変換装置20は、太陽光発電システムにおいて直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナである。電力変換装置20は、DC/DCコンバータ21、インバータ22および制御部23を備える。
Returning to FIG. 1, the
DC/DCコンバータ21は、昇圧接続箱10により統合された直流電力の電圧を調整可能なコンバータである。DC/DCコンバータ21には例えば、図2に示したような昇圧チョッパを使用することができる。DC/DCコンバータ21は直流バスを介してインバータ22に接続される。
The DC/
インバータ22は、DC/DCコンバータ21から供給される直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を、分電盤(不図示)を介して商用電力系統(以下、系統と呼ぶ)2に出力することができる。なお、分電盤には宅内の負荷(不図示)が接続されており、インバータ22は変換した交流電力を、分電盤を介して負荷にも供給することができる。
The
制御部23は電力変換装置20全体を統括的に制御する。制御部23は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコントローラ、DSP、ROM、RAM、ASIC、FPGA、その他のLSIを利用できる。ソフトウェア資源として、ファームウェアなどのプログラムを利用できる。
The
制御部23は、第1太陽電池ストリングPV1と第2太陽電池ストリングPV2の統合された出力電力が最大になるようDC/DCコンバータ21をMPPT制御する。制御部23は、DC/DCコンバータ21とインバータ22間の直流バスの電圧が目標値を維持するようにインバータ22を制御する。具体的には制御部23は、直流バスの電圧を目標値に一致させるための電流指令値を生成する。制御部23は、直流バスの電圧が目標値より高い場合はインバータ22の出力電力を増加させるための電流指令値を生成し、直流バスの電圧が目標値より低い場合はインバータ22の出力電力を低下させるための電流指令値を生成する。インバータ22は、生成された電流指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。
The
昇圧機は、電力変換装置20(以下適宜、パワコンと呼ぶ)が動作しているときは、第2太陽電池ストリングPV2で発電された電力をパワコンへ供給するために昇圧動作する必要があるが、パワコンが停止しているときは昇圧動作を停止させる必要がある。 When the power conversion device 20 (hereinafter referred to as the power conditioner) is operating, the booster needs to perform boost operation to supply the power generated by the second solar cell string PV2 to the power conditioner, but when the power conditioner is stopped, the boost operation needs to be stopped.
昇圧機がパワコンの状態を考慮せずに昇圧動作すると、昇圧機内部で電圧の上昇と下降が繰り返され、昇圧機内の部品の劣化に繋がる。また、昇圧機の不必要な出力電圧の上昇によりパワコンの入力電圧が上昇すると、パワコン側で入力過電圧エラーが発報されることがある。 If the booster operates without taking into account the state of the inverter, the voltage will repeatedly rise and fall inside the booster, leading to deterioration of the components inside the booster. In addition, if an unnecessary increase in the booster's output voltage causes the input voltage of the inverter to rise, the inverter may issue an input overvoltage error.
したがって昇圧機は、昇圧機内部の昇圧始動条件を満足しているか否かを確認するとともに、パワコンの動作状態を検出し、パワコンが動作しているか否かを確認する必要がある。昇圧機内部の昇圧始動条件には例えば、第2太陽電池ストリングPV2の入力電圧が昇圧を開始させる電圧以上となっているか、昇圧機内の部品温度が正常な温度範囲にあるかなどが含まれる。 Therefore, the booster needs to check whether the boost start conditions inside the booster are satisfied, and also needs to detect the operating state of the inverter to check whether the inverter is operating. The boost start conditions inside the booster include, for example, whether the input voltage of the second solar cell string PV2 is equal to or higher than the voltage that starts boosting, and whether the component temperatures inside the booster are within the normal temperature range.
通常、パワコンと昇圧機間は、パワコンの動作状態を通知するための通信線や信号線で接続されておらず、直流電力線のみで接続されている。この直流電力線の電圧の状態によって、パワコンの動作状態を判断する方法が考えられる。 Normally, the inverter and the booster are not connected by any communication or signal lines to notify the inverter's operating status, but by a DC power line only. There is a way to determine the inverter's operating status based on the voltage state of this DC power line.
図4は、比較例1に係る、昇圧機のパワコン動作判定方法を説明するための図である。以下の説明では、昇圧機内部の昇圧始動条件は満足しているものとする。パワコンが停止中の場合、出力電圧センサV2で検出される電圧は、通常、第1太陽電池ストリングPV1の開放電圧Vocとなる。 Figure 4 is a diagram for explaining a method for determining whether the booster is in operation, according to Comparative Example 1. In the following explanation, it is assumed that the boost start conditions inside the booster are satisfied. When the power conditioner is stopped, the voltage detected by the output voltage sensor V2 is usually the open circuit voltage Voc of the first solar cell string PV1.
図3、図4に示すように、パワコンが動作し、系統2への電力出力が開始されると、パワコンの入力電圧がMPPT制御により低下する。パワコンの入力電圧は昇圧機の出力電圧とほぼ同等であるため、昇圧機の出力電圧センサV2では、パワコンにより制御されているパワコンの入力電圧が検出される。
As shown in Figures 3 and 4, when the inverter operates and starts outputting power to
出力電圧センサV2で検出される電圧が、第1太陽電池ストリングPV1の開放電圧Vocから降下し、判定電圧を一定時間以上、下回った場合、昇圧機はパワコンが動作したと判断し、昇圧動作を開始させる。 When the voltage detected by the output voltage sensor V2 drops from the open circuit voltage Voc of the first solar cell string PV1 and falls below the judgment voltage for a certain period of time or more, the booster determines that the power conditioner has operated and starts boost operation.
図5は、比較例2に係る、昇圧機のパワコン動作判定方法を説明するための図である。上述したようにパワコンが停止中の場合、出力電圧センサV2では、第1太陽電池ストリングPV1の開放電圧Vocが検出される。比較例2では昇圧機の制御部12は、昇圧回路11に一時的に昇圧動作をさせる。昇圧動作が開始されると、出力電圧センサV2で検出される昇圧機の出力電圧は、昇圧回路11のリミッタ値Vlimまで上昇し、昇圧動作が停止する。制御部12は、昇圧回路11の昇圧動作を一旦停止させ、数分後に昇圧動作を再開させる。昇圧動作の停止と再開を繰り返している状態では、昇圧機はパワコンが停止していると判断する。
Figure 5 is a diagram for explaining a method of judging whether the booster is in operation in the power conditioner according to Comparative Example 2. As described above, when the power conditioner is stopped, the output voltage sensor V2 detects the open circuit voltage Voc of the first solar cell string PV1. In Comparative Example 2, the
パワコンが動作を開始すると、パワコンから系統2への電力出力が開始されるとともに、MPPT制御によりパワコンの入力電圧が降下する。この状態で昇圧機が昇圧動作を開始すると、昇圧機の出力電圧が昇圧回路11のリミッタ値Vlimまで上昇せず、継続して昇圧動作を行うことができる。昇圧動作が継続している状態では、昇圧機はパワコンが動作していると判断する。
When the inverter starts operating, it starts outputting power to
パワコンは、第1太陽電池ストリングPV1の開放電圧Vocを検出し、検出した開放電圧Vocを、MPPT制御などの制御に反映させている。パワコンが停止中に昇圧機が昇圧動作すると、昇圧回路11の出力電圧のリミッタ値Vlimまで、パワコンの入力電圧が上昇してしまい、本来の第1太陽電池ストリングPV1の開放電圧Vocを誤認識する可能性がある。
The inverter detects the open circuit voltage Voc of the first solar cell string PV1 and reflects the detected open circuit voltage Voc in controls such as MPPT control. If the booster performs boost operation while the inverter is stopped, the input voltage of the inverter will rise up to the limiter value Vlim of the output voltage of the
比較例1、2に係るパワコン動作判定方法では、パワコンは入力電圧の誤認識により、誤動作を起こすことがあった。パワコンの誤動作として例えば、入力過電圧検出機能の誤動作、開放電圧Vocの誤認識によるMPPT制御の誤動作、入力電圧の誤認識による出力制御(出力抑制ともいう)の停止または復帰の誤動作などが挙げられる。 In the inverter operation determination methods according to Comparative Examples 1 and 2, the inverter sometimes malfunctioned due to an erroneous recognition of the input voltage. Examples of inverter malfunctions include a malfunction of the input overvoltage detection function, a malfunction of MPPT control due to an erroneous recognition of the open circuit voltage Voc, and a malfunction of stopping or restoring output control (also called output suppression) due to an erroneous recognition of the input voltage.
また、比較例1に係るパワコン動作判定方法では、パワコンが動作を開始して系統2への電力出力が開始されても、日射の上昇速度によっては、MPPT制御によるパワコンの入力電圧の降下が、昇圧機の判定電圧に到達せず、昇圧機がパワコンの動作開始を認識できない可能性がある。
In addition, in the inverter operation determination method according to Comparative Example 1, even if the inverter starts operating and starts outputting power to
反対に、日射が一旦上昇し、急低下すると、パワコンが動作していないにも関わらず、出力電圧センサV2で検出される電圧が判定電圧まで低下し、昇圧機が、パワコンが動作開始したと誤認識する可能性もある。 Conversely, if the solar radiation rises once and then suddenly falls, the voltage detected by the output voltage sensor V2 may fall to the judgment voltage even though the inverter is not operating, and the booster may mistakenly recognize that the inverter has started operating.
図6は、実施の形態に係る、昇圧機のパワコン動作判定方法を説明するための図である。実施の形態では、パワコンの動作判定を、出力電圧センサV2で検出される電圧ではなく、出力電流センサA2で検出される電流をもとに行う。昇圧機の出力電圧は、日射によって変化してしまうことがあるが、昇圧機の出力電流は、パワコンが動作しない限り流れないため、日射変動の影響を除去することができる。 Figure 6 is a diagram for explaining a method for determining whether a boost inverter is operating according to an embodiment. In the embodiment, the inverter operation is determined based on the current detected by the output current sensor A2, not the voltage detected by the output voltage sensor V2. The output voltage of the boost inverter may change due to solar radiation, but the output current of the boost inverter does not flow unless the inverter is operating, so the effects of solar radiation fluctuations can be eliminated.
低日射状態のとき、パワコンは動作と停止を繰り返す場合があり、これに応じて昇圧機も昇圧開始と昇圧停止を繰り返す場合がある。この対策として、パワコンが安定して動作しているか否かを判断するために時間の要素を加えてもよい。 In low solar radiation conditions, the inverter may repeatedly start and stop, and accordingly the booster may repeatedly start and stop boosting. As a countermeasure to this, a time element may be added to determine whether the inverter is operating stably.
図6に示すように、昇圧機の出力電流Aoutが、開始判定電流Astを超えた電流を開始判定時間Tst以上継続した場合、昇圧機はパワコンが動作中と判定し、昇圧動作を開始する。昇圧機の出力電流Aoutが、停止判定電流Asp未満の電流を停止判定時間Tsp以上継続した場合、昇圧機はパワコンが停止中と判定し、昇圧動作を停止する。 As shown in FIG. 6, if the output current Aout of the booster exceeds the start judgment current Ast and continues for the start judgment time Tst or longer, the booster determines that the inverter is operating and starts boost operation. If the output current Aout of the booster is less than the stop judgment current Asp and continues for the stop judgment time Tsp or longer, the booster determines that the inverter is stopped and stops boost operation.
図7は、実施の形態に係る、昇圧機のパワコン動作判定処理の流れを示すフローチャートである。昇圧機の電源がオンの状態において(S10のY)、まず現在の昇圧機が昇圧動作中であるか昇圧動作停止中であるか否かをチェックし(S11)、昇圧動作停止中であるならば(S11のY)、昇圧機の制御部12は、昇圧機の動作開始条件(電流条件を除く)を満足するか否か判定する(S12)。昇圧機の動作開始条件として例えば、入力電圧センサV1で検出される昇圧回路11の入力電圧が昇圧開始電圧(例えば、40V)以上であること、温度センサT1で検出される昇圧機内部の温度が部品保護のための設定温度(例えば、80℃)未満であること、昇圧機に異常が発生していないことが挙げられる。これら3つの条件をすべて満足する場合、制御部12は動作開始条件(電流条件を除く)を満足すると判定する(S12のY)。これら3つの条件の一つでも満足しない場合、制御部12は動作開始条件(電流条件を除く)を満足しないと判定する(S12のN)。
Figure 7 is a flowchart showing the flow of the power conditioner operation determination process for the booster according to the embodiment. When the power supply of the booster is on (Y in S10), first check whether the current booster is in boost operation or is not in boost operation (S11). If the boost operation is not in operation (Y in S11), the
動作開始条件(電流条件を除く)が満足されている状態で(S12のY)、制御部12は、出力電流センサA2で検出される出力電流Aoutが、開始判定電流Astを超えた電流を開始判定時間Tst以上継続したか否かを判定する(S13)。出力電流Aoutが、開始判定電流Astを超えた電流を開始判定時間Tst以上継続したとき(S13のY)、制御部12は昇圧回路11の昇圧動作を開始させる(S14)。
When the operation start conditions (excluding the current condition) are satisfied (Y in S12), the
ステップS11において昇圧機が昇圧動作中である場合(S11のN)、制御部12は、昇圧機の動作停止条件(電流条件を除く)を満足するか否か判定する(S15)。昇圧機の動作停止条件として例えば、入力電圧センサV1で検出される昇圧回路11の入力電圧が昇圧停止電圧(例えば、30V)以下であること、温度センサT1で検出される昇圧機内部の温度が部品保護のための設定温度(例えば、90℃)以上であること、昇圧機に異常が発生していることが挙げられる。これら3つの条件の一つでも満足する場合、制御部12は動作停止条件(電流条件を除く)を満足すると判定する(S15のY)。これら3つの条件のすべてを満足しない場合、制御部12は動作停止条件(電流条件を除く)を満足しないと判定する(S15のN)。
If the booster is in boost operation in step S11 (N in S11), the
動作停止条件(電流条件を除く)が満足された場合(S15のY)、制御部12は昇圧回路11の昇圧動作を停止させる(S18)。動作停止条件(電流条件を除く)が満足されていない状態で(S15のN)、制御部12は、出力電流センサA2で検出される出力電流Aoutが、停止判定電流Asp未満の電流を停止判定時間Tsp以上継続したか否かを判定する(S16)。出力電流Aoutが、停止判定電流Asp未満の電流を停止判定時間Tsp以上継続したとき(S16のY)、制御部12は昇圧回路11の昇圧動作を停止させる(S18)。停止判定時間Tsp以上継続しない状態では(S16のN)、制御部12は昇圧回路11の昇圧動作を継続させる(S17)。
When the operation stop conditions (excluding the current condition) are satisfied (Y in S15), the
昇圧機の電源がオフの状態になると(S10のN)、パワコン動作判定処理が終了する。 When the booster power supply is turned off (N in S10), the power conditioner operation determination process ends.
以上説明したように本実施の形態によれば、出力電圧センサV2で検出される昇圧接続箱10の出力電圧ではなく、出力電流センサA2で検出される昇圧接続箱10の出力電流をもとに電力変換装置20の動作状態を判定することにより、電力変換装置20の動作状態を高精度に判定することができる。これにより、電力変換装置20が停止状態で昇圧接続箱10が昇圧動作を開始または継続することを防止し、昇圧接続箱10の出力電圧が上昇することによる、昇圧接続箱10内の部品の劣化を抑制するとともに、電力変換装置20の誤動作を減少させることができる。
As described above, according to this embodiment, the operating state of the
本実施の形態では、複数の太陽電池ストリング(PV1、PV2)を並列に接続する昇圧接続箱10と、電力変換装置20とを、分離した機器とした。これにより、昇圧接続箱10と電力変換装置20の組合せによって、さまざまな太陽電池ストリングの設置構成に応じることができ、少ない機器の種類で様々な設置形態に応じることができる。したがって、昇圧接続箱10と、電力変換装置20を含む機器のコストを低減することができる。
In this embodiment, the
以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. The embodiments are merely examples, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible in the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present disclosure.
図8は、変形例1に係る太陽光発電システムの構成例を示す図である。図9は、変形例2に係る太陽光発電システムの構成例を示す図である。図1では、出力電流センサA2が合流出力配線Wmに設置される例を示した。この点、出力電流センサA2の代わりに、標準回路系の出力配線W1に標準回路出力電流センサA3が設置されてもよい。図8に示す変形例1は、標準回路系の出力配線W1のプラス配線側に設置される例である。図9に示す変形例2は、標準回路系の出力配線W1のマイナス配線側に設置される例である。
Fig. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a solar power generation system according to
制御部12は、入力電流センサA1で検出される昇圧回路系に流れる電流と、標準回路出力電流センサA3で検出される標準回路系に流れる電流を合算することにより、昇圧機の出力電流Aoutを検出することができる。
The
上記実施の形態では説明を単純化するために、標準回路系に一つの第1太陽電池ストリングPV1が接続され、昇圧回路系に一つの第2太陽電池ストリングPV2が接続される例を説明した。この点、標準回路系に、複数の第1太陽電池ストリングPV1が並列に接続されてもよい。この場合、第1開閉器RY1および逆流防止ダイオードD1がそれぞれのストリングに設置される。複数の第1太陽電池ストリングPV1から合流出力配線Wmに出力される電流(電力)は、複数の第1太陽電池ストリングPV1の出力電流(出力電力)の合計となる。 In the above embodiment, in order to simplify the explanation, an example has been described in which one first solar cell string PV1 is connected to the standard circuit system and one second solar cell string PV2 is connected to the boost circuit system. In this regard, multiple first solar cell strings PV1 may be connected in parallel to the standard circuit system. In this case, a first switch RY1 and a backflow prevention diode D1 are installed in each string. The current (power) output from the multiple first solar cell strings PV1 to the junction output wiring Wm is the sum of the output currents (output power) of the multiple first solar cell strings PV1.
同様に、昇圧回路系に、複数の第2太陽電池ストリングPV2が並列に接続されてもよい。この場合、第2開閉器RY2および昇圧回路11がそれぞれのストリングに設置される。複数の昇圧回路11から合流出力配線Wmに出力される電流(電力)は、複数の第2太陽電池ストリングPV2の出力電流(出力電力)の合計となる。
Similarly, multiple second solar cell strings PV2 may be connected in parallel to the boost circuit system. In this case, a second switch RY2 and a
上記実施の形態では、昇圧接続箱10に、第1太陽電池ストリングPV1と、第1太陽電池ストリングPV1より開放電圧が低い第2太陽電池ストリングPV2が接続される例を説明した。この点、昇圧接続箱10には、開放電圧が異なる複数の太陽電池以外の直流電源を接続することもできる。例えば、昇圧接続箱10に、第1蓄電池パックと、第1蓄電池パックより開放電圧が低い第2蓄電池パックが接続されてもよい。第2蓄電池パックは、セルまたはモジュールの直列数が第1蓄電池パックより少ない蓄電池パックである。
In the above embodiment, an example has been described in which a first solar cell string PV1 and a second solar cell string PV2 having a lower open-circuit voltage than the first solar cell string PV1 are connected to the
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 The embodiment may be specified by the following:
[項目1]
第1の直流電源(PV1)より開放電圧が低い第2の直流電源(PV2)から出力される直流電力の電圧を昇圧可能な昇圧回路(11)と、
前記昇圧回路(11)の出力配線(Wb)と、前記第1の直流電源(PV1)の出力配線(W1)が合流した合流出力配線(Wb)と、
前記昇圧回路(11)を制御する制御部(12)と、
本昇圧接続回路(10)から出力される電流を検出する電流センサ(A2)or(A1、A3)と、を備え、
前記合流出力配線(Wb)は、本昇圧接続回路(10)から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置(20)に接続され、
前記制御部(12)は、前記電流センサ(A2)or(A1、A3)で検出される電流に応じて、前記電力変換装置(20)が動作中であるか停止中であるかを判定することを特徴とする昇圧接続回路(10)。
これによれば、電力変換装置(20)の動作状態を高精度に判定することができる。
[項目2]
前記制御部(12)は、本昇圧接続回路(10)から前記電力変換装置(20)に流れる電流が第1閾値以上になると、前記昇圧回路(11)の動作を開始させることを特徴とする項目1に記載の昇圧接続回路(10)。
これによれば、電力変換装置(20)の動作開始を高精度に判定することができる。
[項目3]
前記制御部(12)は、本昇圧接続回路(10)から前記電力変換装置(20)に流れる電流が、前記第1閾値より低い第2閾値以下になると、前記昇圧回路(11)の動作を停止させることを特徴とする項目2に記載の昇圧接続回路(10)。
これによれば、電力変換装置(20)の動作停止を高精度に判定することができる。
[項目4]
前記電流センサ(A2)は、前記合流出力配線(Wb)に設置されることを特徴とする項目1から3のいずれか1項に記載の昇圧接続回路(10)。
これによれば、昇圧接続回路(10)から電力変換装置(20)に流れる電流を、直接的に検出することができる。
[項目5]
前記電流センサ(A1、A3)は、前記第1の直流電源(PV1)の出力配線(W1)と、前記第2の直流電源(PV2)の出力配線に設置されることを特徴とする項目1から3のいずれか1項に記載の昇圧接続回路(10)。
これによれば、合流出力配線(Wb)に電流センサ(A2)を設置しなくても、昇圧接続回路(10)から電力変換装置(20)に流れる電流を検出することができる。
[項目6]
前記第1の直流電源(PV1)および前記第2の直流電源(PV2)は太陽電池(PV1、PV2)であることを特徴とする項目1から5のいずれか1項に記載の昇圧接続回路(10)。
これによれば、昇圧接続回路(10)から出力される電圧ではなく電流をもとに電力変換装置(20)の動作状態を判定することにより、電力変換装置(20)のMPPT制御の影響による誤検出を回避することができる。
[項目7]
項目1から6のいずれか1項に記載の昇圧接続回路(10)と、
前記昇圧接続回路(10)から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置(20)と、
を備えることを特徴とする電力変換システム(1)。
これによれば、電力変換装置(20)の動作状態を高精度に判定することができる。
[Item 1]
a boost circuit (11) capable of boosting a voltage of DC power output from a second DC power source (PV2) having an open circuit voltage lower than that of a first DC power source (PV1);
a joined output wiring (Wb) in which the output wiring (Wb) of the boost circuit (11) and the output wiring (W1) of the first DC power source (PV1) are joined;
A control unit (12) for controlling the boost circuit (11);
A current sensor (A2) or (A1, A3) for detecting a current output from the boost connection circuit (10),
The junction output wiring (Wb) is connected to a power conversion device (20) that converts DC power supplied from the boost connection circuit (10) into AC power,
The control unit (12) determines whether the power conversion device (20) is operating or stopped depending on the current detected by the current sensor (A2) or (A1, A3).
This makes it possible to determine the operating state of the power conversion device (20) with high accuracy.
[Item 2]
The boost connection circuit (10) described in
This makes it possible to determine with high accuracy when the power conversion device (20) starts operating.
[Item 3]
The boost connection circuit (10) described in
This makes it possible to determine with high accuracy whether the power conversion device (20) has stopped operating.
[Item 4]
The boost connection circuit (10) according to any one of
This makes it possible to directly detect the current flowing from the boost connection circuit (10) to the power conversion device (20).
[Item 5]
The boost connection circuit (10) according to any one of
According to this, even if a current sensor (A2) is not provided in the junction output wiring (Wb), the current flowing from the boost connection circuit (10) to the power conversion device (20) can be detected.
[Item 6]
The boost connection circuit (10) according to any one of
According to this, by determining the operating state of the power conversion device (20) based on the current rather than the voltage output from the boost connection circuit (10), it is possible to avoid erroneous detection due to the influence of MPPT control of the power conversion device (20).
[Item 7]
A boost connection circuit (10) according to any one of
a power conversion device (20) that converts DC power supplied from the boost connection circuit (10) into AC power;
A power conversion system (1) comprising:
This makes it possible to determine the operating state of the power conversion device (20) with high accuracy.
1 電力変換システム、 2 系統、 10 昇圧接続箱、 11 昇圧回路、 12 制御部、 20 電力変換装置、 21 DC/DCコンバータ、 22 インバータ、 23 制御部、 PV1 第1太陽電池ストリング、 PV2 第2太陽電池ストリング、 RY1 第1開閉器、 RY2 第2開閉器、 D1 逆流防止ダイオード、 V1 入力電圧センサ、 V2 出力電圧センサ、 A1 入力電流センサ、 A2 出力電流センサ、 A3 標準回路出力電流センサ、 T1 温度センサ、 W1,W2,Wb 出力配線、 Wm 合流出力配線、 L1 リアクトル、 C1 入力コンデンサ、 C2 出力コンデンサ、 D2 ダイオード、 S1 スイッチング素子。 1 Power conversion system, 2 System, 10 Boost junction box, 11 Boost circuit, 12 Control unit, 20 Power conversion device, 21 DC/DC converter, 22 Inverter, 23 Control unit, PV1 First solar cell string, PV2 Second solar cell string, RY1 First switch, RY2 Second switch, D1 Reverse current prevention diode, V1 Input voltage sensor, V2 Output voltage sensor, A1 Input current sensor, A2 Output current sensor, A3 Standard circuit output current sensor, T1 Temperature sensor, W1, W2, Wb Output wiring, Wm Joint output wiring, L1 Reactor, C1 Input capacitor, C2 Output capacitor, D2 Diode, S1 Switching element.
Claims (6)
前記昇圧回路の出力配線と、前記第1の直流電源の出力配線が合流した合流出力配線と、
前記昇圧回路を制御する制御部と、
本昇圧接続回路から出力される電流を検出する電流センサと、を備え、
前記合流出力配線は、本昇圧接続回路から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に接続され、
前記制御部は、本昇圧接続回路から前記電力変換装置に流れる電流が第1閾値以上になると、停止している前記昇圧回路の動作を開始させることを特徴とする昇圧接続回路。 a boost circuit capable of boosting a voltage of DC power output from a second DC power source having an open circuit voltage lower than that of the first DC power source;
a joined output wiring in which an output wiring of the boost circuit and an output wiring of the first DC power source are joined together;
A control unit for controlling the boost circuit;
a current sensor for detecting a current output from the boost connection circuit;
the junction output wiring is connected to a power conversion device that converts the DC power supplied from the boost connection circuit into AC power;
The control unit starts operation of the boost circuit that has been stopped when a current flowing from the boost connection circuit to the power conversion device becomes equal to or greater than a first threshold value .
前記昇圧接続回路から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、
を備えることを特徴とする電力変換システム。 A boost connection circuit according to any one of claims 1 to 5 ;
a power conversion device that converts DC power supplied from the boost connection circuit into AC power;
A power conversion system comprising:
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| JP2015159675A (en) | 2014-02-25 | 2015-09-03 | 太陽誘電株式会社 | Converter and photovoltaic power generation system including the converter |
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