太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置
【課題】大規模太陽光発電システムにおけるＰＣＳの動作力率の悪化を抑え、高変換効率を維持しつつ電力系統の電圧変動を抑制できる装置の提供。
【解決手段】各パワーコンディショナー５1，５2，５3，…毎に、電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続点の検出電圧の電圧差を求める電圧差検出回路１７31と、この電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を基に電力系統の線路定数を求める線路定数演算回路１７32と、パワーコンディショナー５3の有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路１７33と、当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路１７34と、この電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナー５を制御する制御回路１７35とを備えている。
【解決手段】各パワーコンディショナー５1，５2，５3，…毎に、電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続点の検出電圧の電圧差を求める電圧差検出回路１７31と、この電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を基に電力系統の線路定数を求める線路定数演算回路１７32と、パワーコンディショナー５3の有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路１７33と、当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路１７34と、この電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナー５を制御する制御回路１７35とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行うパワーコンディショナーが複数台並列に電力系統に接続された太陽光発電システムにおいて、前記各パワーコンディショナーをそれぞれ制御して前記各パワーコンディショナーの出力電力の変動による電力系統の電圧変動を抑制できる制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、石油等の化石燃料に依存しない無限エネルギーであり、地球温暖化防止対策の一つとして期待されている。この種の太陽光発電システムの一般的な構成としては、例えば、特開２００１−２５５９４９号公報（特許文献１）に開示のものが知られている。この特開２００１−２５５９４９号公報に開示の太陽光発電システムは、太陽光発電アレイと、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」と略称する。）と、前記ＰＣＳからの交流を一定電圧に昇圧するＰＣＳ用変圧器と、前記ＰＣＳ用変圧器からの交流出力を配電線を介して取り込み電力系統の電圧にまで昇圧する昇圧用変圧器と、交流電圧や交流電流等の情報を取り込み前記ＰＣＳの電力制御等を行わせる制御系統とから構成されている。
【０００３】
この太陽光発電システムでは、太陽光発電アレイからの直流発電出力をＰＣＳで交流にしかつＰＣＳで電力制御を行い、このＰＣＳからの交流出力をＰＣＳ用変圧器で一定電圧に昇圧し、その交流出力を配電線を介して昇圧用変圧器に取り込み昇圧用変圧器で電力系統の電圧にまで昇圧して電力系統に送りだすようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５５９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、太陽光発電システムにおいては、気象条件によって発電出力が変動し、電力系統に連携されている大規模太陽光発電システムにおいては、系統の電圧や周波数を変動させてしまう。この電力系統の電圧変動を抑制するために、ＰＣＳの無効電力を太陽光発電出力に応じて変える電圧変動抑制方法が考えられている。
しかしながら、多数台のＰＣＳが並列接続されて構成される大規模太陽光発電システムにおいては、個々のＰＣＳの出力電力による電圧抑制方法が不明であった。その理由は、従来ＰＣＳは力率＝１で運転され、ＰＶ出力電力による電圧変動抑制は行われていないのが通常であり、仮に行なわれていたとしても、電力系統に多数並列接続されて構成される太陽光発電システムでは、電力系統に多数のＰＣＳからの合計された電力が流れ、合計した電力変動による電圧変動が現れるので、各ＰＣＳの出力電力変動による電圧変動を明確にする方法が明らかにされていなかったからである。
【０００６】
そこで、電力系統の電圧変動抑制のために必要な無効電力をＰＣＳの台数で均等配分することが考えられるが、電力出力少ないＰＣＳでは力率が悪くなり、変換効率も悪化し、全体としての電圧変動抑制ができないという不都合があった。
本発明は、上述した不都合を解消し、大規模太陽光発電システムにおけるＰＣＳの動作力率の悪化を抑え、高変換効率を維持しつつ電力系統の電圧変動を抑制できる太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法は、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法において、各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧と前記並列接続点の検出電圧との電圧差を求め、この電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を基に、電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求め、かつ、パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求め、このパワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数から電圧降下値を求め、この電圧降下値がなくなるように前記パワーコンディショナー制御することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項２記載の発明に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置は、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続点の検出電圧を取り込みこれら電圧の電圧差を求める電圧差検出回路と、前記電圧差検出回路からの電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を取り込み、これら基に電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求める線路定数演算回路と、当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路と、前記有効電力・無効電力検出回路からの当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数演算回路からの線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路と、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナーを制御する制御回路とを備えたことを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
請求項３記載の発明では、請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、前記制御回路は、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値を取り込むとともに、前記電圧差検出回路からの電圧差を取り込み、多数台並列に接続されたパワーコンディショナーのうち他のパワーコンディショナーより容量の大きなパワーコンディショナーによって、他の各パワーコンディショナーの制御によって電力系統連系点から並列接続点までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を当該容量の大きなパワーコンディショナーの無効電力を制御により補償することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、各パワーコンディショナー毎に線路定数演算回路を設けず、一つのパワーコンディショナー側に線路定数演算回路を設け、この線路定数演算回路で求めた線路定数を他も使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置によれば、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を説明するための図であって、（ａ）が線路定数を説明するための図、（ｂ）が電圧抑制動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置の関係を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
まず、図１を参照して本発明の第１実施形態に係るパワーコンディショナーの制御方法が適用される太陽光発電システムについて説明する。
【００１２】
図１において、この太陽光発電システム１は、太陽光発電アレイ３1，３2，３3，…と、前記各太陽光発電アレイ３1，３2，３3，…からの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…と、前記各パワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」と略称することもある）５1，５2，５3，…からの交流をそれぞれ一定電圧に昇圧するＰＣＳ用変圧器７1，７2，７3，…と、前記各ＰＣＳ用変圧器７1，７2，７3，…の出力端子を並列接続してＰＣＳ接続点（並列接続点）９とし、このＰＣＳ接続点（並列接続点）９から配電線１１を介して前記各ＰＣＳ用変圧器７1，７2，７3，…からの合成電力を取り込み電力系統１３の電圧にまで昇圧する昇圧用変圧器１５と、制御に必要な交流電圧や交流電流等の情報を取り込み前記パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の電力制御等をそれぞれ行わせるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…とから構成されている。前記配電線（あるいは構内配電線）１１は、配電線インピーダンスを有している。
【００１３】
なお、図１に示す第１の実施形態では、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…については、パワーコンディショナーの制御装置１７3 のみを表示して、パワーコンディショナーの制御装置１７3 でパワーコンディショナー５2を制御しているが、他のパワーコンディショナー５1，５2，…毎にパワーコンディショナーの制御装置が設けられている。
【００１４】
また、太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…については、すべて同一構成要素で構成されているものとして説明することにする。もちろん、電力系統１３の連系点電圧検出器（ＰＴ）１９や、ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１や、ＰＣＳ出力電圧検出器（ＰＴ）２３や、電力系統１３に流れ込む電流を検出する電流検出器（ＣＴ）２５は、各パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…に共通して使用できるが、各パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…にそれぞれ個々に設けてあるものとして以下では説明する。
また、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…は、同一構成要素で構成されているので、図１では、パワーコンディショナーの制御装置１７3を代表して説明するものとする。
【００１５】
パワーコンディショナーの制御装置１７3は、連系点電圧検出器（ＰＴ）１９で検出された系統連系点電圧ＶｓとＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出された電圧Ｖpcsの電圧差ΔＶを求める電圧差検出回路１７31と、前記ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１により検出されたＰＣＳ接続点（並列接続点）９の電圧、前記電流検出器（ＣＴ）２５で検出された電力系統１３に流れ込む電流及び前記電圧差検出回路１７31からの電圧差ΔＶとを基に、電力系統１３の電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの線路定数を求める線路定数演算回路１７32と、ＰＣＳ出力電圧検出器（ＰＴ）２３からの検出電圧、ＰＣＳ用変圧器７3の出力電流を検出する電流検出器（ＣＴ）２７3からの電流からパワーコンディショナー５3の有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3をそれぞれ求める有効電力・無効電力検出回路１７33と、前記線路定数演算回路１７32で求めた線路定数と前記有効電力・無効電力検出回路１７33で求めた当該パワーコンディショナー５3の有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3とから電圧降下値ΔＶｄを求める電圧降下計算回路１７34と、前記電圧降下計算回路１７34からの電圧降下値ΔＶｄがなくなるように前記パワーコンディショナー５3を制御する制御回路１７35とを備えたものである。
【００１６】
制御回路１７35は、電圧指令値ΔＶｐと前記電圧降下計算回路１７34からの電圧降下値ΔＶｄとを比較する比較器Ｃ35と、前記比較器Ｃ35からの比較値を基に定電圧制御する定電圧制御回路Ａ35と、定電圧制御回路Ａ35からの出力信号を基にパワーコンディショナー５3を制御するＰＣＳ制御器Ｌ35とから構成されている。
【００１７】
このような構成のパワーコンディショナーの制御装置１７3の動作について説明する。
電力系統１３の電力系統連系点１３ｐの電圧は連系点電圧検出器（ＰＴ）１９で検出され、パワーコンディショナーの制御装置１７3の電圧差検出回路１７31の一方の入力端子に入力される。また、ＰＣＳ接続点９の電圧は、ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出されてパワーコンディショナーの制御装置１７3の電圧差検出回路１７31の他方の入力端子に入力される。
パワーコンディショナーの制御装置１７3の電圧差検出回路１７31では、前記ＰＣＳ接続点９の電圧と、電力系統連系点１３ｐの電圧との電圧差ΔＶを求める。この電圧差検出回路１７31で求めた電圧差ΔＶは、線路定数演算回路１７32に与えられる。また、電力系統に流れ込む電流は、電流検出器（ＣＴ）２５で検出されてパワーコンディショナーの制御装置１７3の線路定数演算回路１７32に与えられる。さらに、ＰＣＳ接続点９のＰＣＳ接続点電圧は、ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出されて、線路定数演算回路１７32に入力される。
【００１８】
前記線路定数演算回路１７32では、前記ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出したＰＣＳ接続点９の電圧、前記電流検出器（ＣＴ）２５で検出した電力系統に流れ込む電流及び前記電圧差検出回路１７31で求めた電圧差ΔＶとを基に、電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの線路定数を求める。
線路定数演算回路１７32で求めた線路定数は、電圧降下計算回路１７34の一方の入力端子に入力される。また、有効電力・無効電力検出回路１７33で求めた有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3とは、電圧降下計算回路１７34の他方の入力端子に入力される。
電圧降下計算回路１７34では、前記線路定数演算回路１７32からの線路定数と有効電力・無効電力検出回路１７33からの有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3とから電圧降下値ΔＶｄを求める。この求めた電圧降下値ΔＶｄは、制御回路１７35に入力される。
【００１９】
制御回路１７35では、電圧指令値ΔＶｐと制御回路１７35からの電圧降下値ΔＶｄとが比較器Ｃ35で比較される。その比較値は定電圧制御回路Ａ35に入力されて定電圧制御されるように動作する。ＰＣＳ制御器Ｌ35は、定電圧制御回路Ａ35からの出力信号を基にパワーコンディショナー５3の無効電力を制御して電力系統１３の電力系統連系点１３ｐにおける電圧降下値がなくなるようにパワーコンディショナー５3による電圧変動を抑制するように制御している。
なお、電圧差検出回路１７31では、系統連系点電圧Ｖｓと電圧Ｖpcsの電圧差ΔＶを次の数式１のように計算している。
【００２０】
（数１）
ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖpcs
【００２１】
次に、図２を参照しながら説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を説明するための図であって、図２（ａ）が線路定数を説明するための図である。
図２（ａ）において、ＰＣＳ接続点９にＰＣＳ用変圧器７3の出力が接続されている。ＰＣＳ接続点９と電力系統連系点１３ｐとの間には、構内配電線１１及び昇圧用変圧器１５から構成される線路定数（ＲT＋ｊＸT）が配置されている。ここで、ＲTは線路定数の抵抗分である。ＸTは線路定数のリアクタンス分である。ｊは虚数を表す。なお、電力系統連系点１３ｐには、背後送電線３１を介して系統背後点３３が接続されている。また、電力系統連系点１３ｐには、負荷３５が接続されている。この負荷３５には、複数のＰＳＣから構内配電線１１及び昇圧用変圧器１５を介して図示矢印Ｃｐに示すような方向の潮流が流れ込んでいる。同様に、この負荷３５には、系統背後点３３から背後送電線３１を介して図示矢印Ｃｍに示すような方向の潮流が流れ込んでいる。
【００２２】
線路定数演算回路１７32においで実行されている演算について、図２（ａ）を参照して説明する。既に説明したが、系統連系点電圧Ｖｓと電圧Ｖpcsとの電圧差をΔＶとし、ＰＣＳ接続点９における有効電力Ｐ及び無効電力Ｑとする。時刻ｔ１における測定値をΔＶ１（ｔ１）、Ｐ１（ｔ１）、Ｑ１（ｔ１）、 この時刻ｔ１とは異なる時刻ｔ２における測定値ΔＶ２（ｔ２）、Ｐ２（ｔ２）、Ｑ２（ｔ２）とする。
時刻ｔ１において、有効Ｐ１，無効電力Ｑ１は、数式２に示すように各パワーコンディショナー５1，５2，５3，…から出力される各電力Ｐｉ，Ｑｉの合計となる。
【００２３】
（数２）
Ｐ１＝ΣＰｉ（ｔ１），Ｑ１＝ΣＱｉ（ｔ１）
また、時刻ｔ１において、電圧差ΔＶ１は、数式３で与えられる。
【００２４】
（数３）
ΔＶ１＝ＲT・Ｐ１＋ＸT・Ｑ１
同様に、時刻ｔ２において、有効Ｐ２，無効電力Ｑ２は、数式４に示すように各パワーコンディショナー５1，５2，５3，…から出力される各電力Ｐｉ，Ｑｉの合計となる。
【００２５】
（数４）
Ｐ２＝ΣＰｉ（ｔ２），Ｑ１＝ΣＱｉ（ｔ２）
また、時刻ｔ２において、電圧差ΔＶ２は、数式５で与えられる。
【００２６】
（数５）
ΔＶ２＝ＲT・Ｐ２＋ＸT・Ｑ２
線路定数演算回路１７32では、これら数式１〜数式４を基に、線路定数の抵抗分ＲTを数式６で求めている。
【００２７】
（数６）
ＲT＝（ΔＶ１・Ｑ２−ΔＶ２・Ｑ１）／（Ｐ１・Ｑ２−Ｐ２・Ｑ１）
また、線路定数演算回路１７32では、これら数式１〜数式４を基に、線路定数のリアクタンス分ＸTを数式７で求めている。
【００２８】
（数７）
ＸT＝（ΔＶ１・Ｐ２−ΔＶ２・Ｐ１）／（Ｐ２・Ｑ１−Ｐ１・Ｑ２）
【００２９】
このようにして線路定数演算回路１７32では線路定数（ＲT＋ｊＸT）を求め、求めた線路定数（ＲT＋ｊＸT）を電圧降下計算回路１７34に入力している。
電圧降下計算回路１７34では、前記有効電力・無効電力検出回路１７33で求めたパワーコンディショナー５3の有効電力Ｐ３及び無効電力Ｑ３と、前記線路定数演算回路１７32から入力された線路定数（ＲT＋ｊＸT）とから数式８のようにして電圧降下値ΔＶｄを求めている。
【００３０】
（数８）
ΔＶｄ＝ＲT・Ｐ３＋ＸT・Ｑ３
【００３１】
電圧降下計算回路１７34で求めた電圧降下値ΔＶｄは、前記制御回路１７35の比較器Ｃ35に入力される。比較器Ｃ35では、この電圧降下値ΔＶｄと電圧指令値ΔＶｐと比較し、その比較値は定電圧制御回路Ａ35に入力されて定電圧制御されるようにＰＣＳ制御器Ｌ35を制御する。ＰＣＳ制御器Ｌ35では、定電圧制御回路Ａ35からの出力信号を基にパワーコンディショナー５3の無効電力を制御して電力系統１３の電力系統連系点１３ｐにおける電圧降下値がなくなるようにパワーコンディショナー５3による電圧変動を抑制するように制御する。
【００３２】
図２（ｂ）が電圧抑制動作を説明するための図である。図２（ｂ）において、同図の右側からＰＣＳ接続点、電力系統連系点及び連係背後点は、図２（ａ）におけるＰＣＳ接続点９、電力系統連系点１３ｐ及び系統背後点３３を表している。
まず、系統背後点(例えば発電機）３３から負荷３５に流れる潮流（矢印Ｃｍ）による電圧降下は、系統背後点３３が電力系統連系点１３ｐから遠ざかるほど背後送電線３１のリアクタンスが大きくなるので、低下する（図２（ｂ）矢印ｙ１）。
一方、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…から電力系統連系点１３ｐ側に流れる電流による電圧降下は、一般にあるいは従来、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…が力率＝１で運転される（無効電流を流さない）ため、構内配電線１１及び昇圧用変圧器１５から構成される線路定数（ＲT＋ｊＸT）の抵抗分（ＲT）による電圧降下を生じ、系統に向かって下がっていく（図（ｂ）の矢印ｙ２）。したがって、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の出力が大きくなればなるだけＰＣＳ接続点（末端）９の電圧が上昇することになる。
そこで、本発明では、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の力率＝１となる運転をやめ、無効電力を有効電力による電圧降下を補償するように流し(無効電力制御し)、太陽光の有効電力による電圧降下を抑制している。
【００３３】
さらに説明すると、図２（ｂ）の連係背後点３５では、系統背後電圧が示されている。
ここで、一般的にあるいは従来のように太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…が力率＝１で運転れさている場合において、ＰＣＳ接続点９から負荷３５に流れる潮流（図示矢印Ｃｐ）と、連係背後点３５から負荷３５に流れる潮流（図示矢印Ｃｍ）とにより、電力系統連系点１３ｐの電圧は図２（ｂ）の符号Ｕ１のようにようになる。
一方、本発明のように、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の力率＝１となる運転をやめ、無効電力を有効電力による電圧降下を補償するように流し(無効電力制御し)てやると、電力系統連系点１３ｐの電圧は図２（ｂ）の符号Ｕ２のようにようになる。
つまり、図２（ｂ）符号Ｕ１の電圧と、図２（ｂ）符号Ｕ２の電圧との差がＰＣＳの無効電力制御による電圧変動の抑制分を表している。
なお、図２（ｂ）に示すΔＶは、電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の出力（有効電力）変動による電圧降下（上昇）を示している。
上述したパワーコンディショナーの制御装置によれば、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。この図３に示す太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７3以外のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2は、図１に示す第１の実施形態に係るパワーコンディショナーの制御装置１７3と全く同一構成であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略するものとする。
【００３５】
この図３に示す第２の実施形態に係るパワーコンディショナーの制御装置１７3は、多数台並列に接続されたパワーコンディショナー５1，５2，５3，…のうち容量が最大のパワーコンディショナー５3によって、他の各パワーコンディショナー５1，５2，…の制御によって電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を、最大のパワーコンディショナー５3の無効電力を制御することにより補償するようにしたものである。
【００３６】
すなわち、図３に示す第２の実施形態に係るパワーコンディショナーの制御装置１７3は、電圧差検出回路１７31で求めた電圧差ΔＶと電圧指令値ΔＶｐとを比較する比較器ＣＰ３５を設け、この比較器ＣＰ３５において電圧指令値ΔＶｐに電圧差検出回路１７31からの電圧差ΔＶを反映させた後に比較器Ｃ35の一方の端子に一種の電圧指令値として入力するようにし、他の各パワーコンディショナー５1，５2，…の制御によって電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を、最大容量のパワーコンディショナー５3の無効電力を制御して抑制できるようにしたものである。
【００３７】
したがって、太陽光発電システム１において、パワーコンディショナーの制御装置１７3の上記以外の他の構成は図１に示す第１の実施形態と全く同一である。したがって、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一のものには同一の符号を付して構成の説明を省略する。
この第２の実施形態によれば、電圧指令値ΔＶｐに電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下（電圧差ΔＶ）を反映させることにより、各パワーコンディショナー５1，５2，…の制御によって電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を、最大のパワーコンディショナー５3の無効電力を制御することにより補償している。
【００３８】
上述したパワーコンディショナーの制御装置によれば、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができるるほか、電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償することができる。
【００３９】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
この図４に示す第３の実施形態に係る太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…のうちの一つに、例えばパワーコンディショナーの制御装置１７3に線路定数演算回路１７32を設け、他のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2…には、線路定数演算回路１７32を設けず、他のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，…では、前記パワーコンディショナーの制御装置１７3の線路定数演算回路１７32から線路定数を取り込むようにしたものである。
【００４０】
したがって、図４に示す第３の実施形態に係る太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，…は、電圧差検出回路１７31及び線路定数演算回路１７32以外は全て同一構成要素で構成されているので、同一構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、この図４に示す第３の実施例の電圧降下計算回路１７24では、電圧差検出回路１７31及び線路定数演算回路１７32を有する他のパワーコンディショナーの制御装置から線路定数を取り込み、また、有効電力・無効電力検出回路１７23からパワーコンディショナー５2の有効電力、無効電力を取り込んで、電圧降下値ΔＶｄを計算して制御回路１７25に与え、制御回路１７25でパワーコンディショナー５2の無効電力を制御するようにしている。
【００４１】
なお、図４では、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７3，…は表示せず、パワーコンディショナーの制御装置１７2のみ表示している。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置の関係を説明するためのブロック図である。
この図５においては、パワーコンディショナーの制御装置１７3に線路定数演算回路１７32を設けてこれをマスターとし、他のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，…，１７nには線路定数演算回路１７32を設けずにパワーコンディショナーの制御装置１７3の線路定数演算回路１７32から線路定数を取り込みようにしてスレーブとするような関係を示している。
【００４２】
これにより、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…の各々で線路定数を計算せず、多数台並列に接続されたＰＣＳ接続点９の有効電力と無効電力との検出値のトータルの値を使って求めるようにしたものである。
この第３の実施形態によっても、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができるほか、線路定数演算回路１７32を一つ設ければよいので、構成が簡易になる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 太陽光発電システム
３1，３2，３3，… 太陽光発電アレイ
５1，５2，５3，… パワーコンディショナー
７1，７2，７3，… ＰＣＳ用変圧器
９ ＰＣＳ接続点
１３ 電力系統
１３ｐ 電力系統連系点
１５ 昇圧用変圧器
１７1，１７2，１７3，… パワーコンディショナーの制御装置
１７31 電圧差検出回路
１７32 線路定数演算回路
１７33 有効電力・無効電力検出回路
１７34 電圧降下計算回路
１７35 制御回路
Ｃ35，ＣＰ35 比較器
Ａ35 定電圧制御回路
Ｌ35 ＰＣＳ制御器
１９ 連系点電圧検出器（ＰＴ）
２１ ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）
２３ ＰＣＳ出力電圧検出器（ＰＴ）
２５ 電流検出器（ＣＴ）
３１ 背後送電線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行うパワーコンディショナーが複数台並列に電力系統に接続された太陽光発電システムにおいて、前記各パワーコンディショナーをそれぞれ制御して前記各パワーコンディショナーの出力電力の変動による電力系統の電圧変動を抑制できる制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、石油等の化石燃料に依存しない無限エネルギーであり、地球温暖化防止対策の一つとして期待されている。この種の太陽光発電システムの一般的な構成としては、例えば、特開２００１−２５５９４９号公報（特許文献１）に開示のものが知られている。この特開２００１−２５５９４９号公報に開示の太陽光発電システムは、太陽光発電アレイと、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」と略称する。）と、前記ＰＣＳからの交流を一定電圧に昇圧するＰＣＳ用変圧器と、前記ＰＣＳ用変圧器からの交流出力を配電線を介して取り込み電力系統の電圧にまで昇圧する昇圧用変圧器と、交流電圧や交流電流等の情報を取り込み前記ＰＣＳの電力制御等を行わせる制御系統とから構成されている。
【０００３】
この太陽光発電システムでは、太陽光発電アレイからの直流発電出力をＰＣＳで交流にしかつＰＣＳで電力制御を行い、このＰＣＳからの交流出力をＰＣＳ用変圧器で一定電圧に昇圧し、その交流出力を配電線を介して昇圧用変圧器に取り込み昇圧用変圧器で電力系統の電圧にまで昇圧して電力系統に送りだすようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５５９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、太陽光発電システムにおいては、気象条件によって発電出力が変動し、電力系統に連携されている大規模太陽光発電システムにおいては、系統の電圧や周波数を変動させてしまう。この電力系統の電圧変動を抑制するために、ＰＣＳの無効電力を太陽光発電出力に応じて変える電圧変動抑制方法が考えられている。
しかしながら、多数台のＰＣＳが並列接続されて構成される大規模太陽光発電システムにおいては、個々のＰＣＳの出力電力による電圧抑制方法が不明であった。その理由は、従来ＰＣＳは力率＝１で運転され、ＰＶ出力電力による電圧変動抑制は行われていないのが通常であり、仮に行なわれていたとしても、電力系統に多数並列接続されて構成される太陽光発電システムでは、電力系統に多数のＰＣＳからの合計された電力が流れ、合計した電力変動による電圧変動が現れるので、各ＰＣＳの出力電力変動による電圧変動を明確にする方法が明らかにされていなかったからである。
【０００６】
そこで、電力系統の電圧変動抑制のために必要な無効電力をＰＣＳの台数で均等配分することが考えられるが、電力出力少ないＰＣＳでは力率が悪くなり、変換効率も悪化し、全体としての電圧変動抑制ができないという不都合があった。
本発明は、上述した不都合を解消し、大規模太陽光発電システムにおけるＰＣＳの動作力率の悪化を抑え、高変換効率を維持しつつ電力系統の電圧変動を抑制できる太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法は、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法において、各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧と前記並列接続点の検出電圧との電圧差を求め、この電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を基に、電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求め、かつ、パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求め、このパワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数から電圧降下値を求め、この電圧降下値がなくなるように前記パワーコンディショナー制御することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項２記載の発明に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置は、太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続点の検出電圧を取り込みこれら電圧の電圧差を求める電圧差検出回路と、前記電圧差検出回路からの電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を取り込み、これら基に電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求める線路定数演算回路と、当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路と、前記有効電力・無効電力検出回路からの当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数演算回路からの線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路と、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナーを制御する制御回路とを備えたことを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
請求項３記載の発明では、請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、前記制御回路は、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値を取り込むとともに、前記電圧差検出回路からの電圧差を取り込み、多数台並列に接続されたパワーコンディショナーのうち他のパワーコンディショナーより容量の大きなパワーコンディショナーによって、他の各パワーコンディショナーの制御によって電力系統連系点から並列接続点までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を当該容量の大きなパワーコンディショナーの無効電力を制御により補償することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、各パワーコンディショナー毎に線路定数演算回路を設けず、一つのパワーコンディショナー側に線路定数演算回路を設け、この線路定数演算回路で求めた線路定数を他も使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置によれば、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を説明するための図であって、（ａ）が線路定数を説明するための図、（ｂ）が電圧抑制動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置の関係を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
まず、図１を参照して本発明の第１実施形態に係るパワーコンディショナーの制御方法が適用される太陽光発電システムについて説明する。
【００１２】
図１において、この太陽光発電システム１は、太陽光発電アレイ３1，３2，３3，…と、前記各太陽光発電アレイ３1，３2，３3，…からの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…と、前記各パワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」と略称することもある）５1，５2，５3，…からの交流をそれぞれ一定電圧に昇圧するＰＣＳ用変圧器７1，７2，７3，…と、前記各ＰＣＳ用変圧器７1，７2，７3，…の出力端子を並列接続してＰＣＳ接続点（並列接続点）９とし、このＰＣＳ接続点（並列接続点）９から配電線１１を介して前記各ＰＣＳ用変圧器７1，７2，７3，…からの合成電力を取り込み電力系統１３の電圧にまで昇圧する昇圧用変圧器１５と、制御に必要な交流電圧や交流電流等の情報を取り込み前記パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の電力制御等をそれぞれ行わせるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…とから構成されている。前記配電線（あるいは構内配電線）１１は、配電線インピーダンスを有している。
【００１３】
なお、図１に示す第１の実施形態では、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…については、パワーコンディショナーの制御装置１７3 のみを表示して、パワーコンディショナーの制御装置１７3 でパワーコンディショナー５2を制御しているが、他のパワーコンディショナー５1，５2，…毎にパワーコンディショナーの制御装置が設けられている。
【００１４】
また、太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…については、すべて同一構成要素で構成されているものとして説明することにする。もちろん、電力系統１３の連系点電圧検出器（ＰＴ）１９や、ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１や、ＰＣＳ出力電圧検出器（ＰＴ）２３や、電力系統１３に流れ込む電流を検出する電流検出器（ＣＴ）２５は、各パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…に共通して使用できるが、各パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…にそれぞれ個々に設けてあるものとして以下では説明する。
また、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…は、同一構成要素で構成されているので、図１では、パワーコンディショナーの制御装置１７3を代表して説明するものとする。
【００１５】
パワーコンディショナーの制御装置１７3は、連系点電圧検出器（ＰＴ）１９で検出された系統連系点電圧ＶｓとＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出された電圧Ｖpcsの電圧差ΔＶを求める電圧差検出回路１７31と、前記ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１により検出されたＰＣＳ接続点（並列接続点）９の電圧、前記電流検出器（ＣＴ）２５で検出された電力系統１３に流れ込む電流及び前記電圧差検出回路１７31からの電圧差ΔＶとを基に、電力系統１３の電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの線路定数を求める線路定数演算回路１７32と、ＰＣＳ出力電圧検出器（ＰＴ）２３からの検出電圧、ＰＣＳ用変圧器７3の出力電流を検出する電流検出器（ＣＴ）２７3からの電流からパワーコンディショナー５3の有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3をそれぞれ求める有効電力・無効電力検出回路１７33と、前記線路定数演算回路１７32で求めた線路定数と前記有効電力・無効電力検出回路１７33で求めた当該パワーコンディショナー５3の有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3とから電圧降下値ΔＶｄを求める電圧降下計算回路１７34と、前記電圧降下計算回路１７34からの電圧降下値ΔＶｄがなくなるように前記パワーコンディショナー５3を制御する制御回路１７35とを備えたものである。
【００１６】
制御回路１７35は、電圧指令値ΔＶｐと前記電圧降下計算回路１７34からの電圧降下値ΔＶｄとを比較する比較器Ｃ35と、前記比較器Ｃ35からの比較値を基に定電圧制御する定電圧制御回路Ａ35と、定電圧制御回路Ａ35からの出力信号を基にパワーコンディショナー５3を制御するＰＣＳ制御器Ｌ35とから構成されている。
【００１７】
このような構成のパワーコンディショナーの制御装置１７3の動作について説明する。
電力系統１３の電力系統連系点１３ｐの電圧は連系点電圧検出器（ＰＴ）１９で検出され、パワーコンディショナーの制御装置１７3の電圧差検出回路１７31の一方の入力端子に入力される。また、ＰＣＳ接続点９の電圧は、ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出されてパワーコンディショナーの制御装置１７3の電圧差検出回路１７31の他方の入力端子に入力される。
パワーコンディショナーの制御装置１７3の電圧差検出回路１７31では、前記ＰＣＳ接続点９の電圧と、電力系統連系点１３ｐの電圧との電圧差ΔＶを求める。この電圧差検出回路１７31で求めた電圧差ΔＶは、線路定数演算回路１７32に与えられる。また、電力系統に流れ込む電流は、電流検出器（ＣＴ）２５で検出されてパワーコンディショナーの制御装置１７3の線路定数演算回路１７32に与えられる。さらに、ＰＣＳ接続点９のＰＣＳ接続点電圧は、ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出されて、線路定数演算回路１７32に入力される。
【００１８】
前記線路定数演算回路１７32では、前記ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）２１で検出したＰＣＳ接続点９の電圧、前記電流検出器（ＣＴ）２５で検出した電力系統に流れ込む電流及び前記電圧差検出回路１７31で求めた電圧差ΔＶとを基に、電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの線路定数を求める。
線路定数演算回路１７32で求めた線路定数は、電圧降下計算回路１７34の一方の入力端子に入力される。また、有効電力・無効電力検出回路１７33で求めた有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3とは、電圧降下計算回路１７34の他方の入力端子に入力される。
電圧降下計算回路１７34では、前記線路定数演算回路１７32からの線路定数と有効電力・無効電力検出回路１７33からの有効電力Ｐ3と無効電力Ｑ3とから電圧降下値ΔＶｄを求める。この求めた電圧降下値ΔＶｄは、制御回路１７35に入力される。
【００１９】
制御回路１７35では、電圧指令値ΔＶｐと制御回路１７35からの電圧降下値ΔＶｄとが比較器Ｃ35で比較される。その比較値は定電圧制御回路Ａ35に入力されて定電圧制御されるように動作する。ＰＣＳ制御器Ｌ35は、定電圧制御回路Ａ35からの出力信号を基にパワーコンディショナー５3の無効電力を制御して電力系統１３の電力系統連系点１３ｐにおける電圧降下値がなくなるようにパワーコンディショナー５3による電圧変動を抑制するように制御している。
なお、電圧差検出回路１７31では、系統連系点電圧Ｖｓと電圧Ｖpcsの電圧差ΔＶを次の数式１のように計算している。
【００２０】
（数１）
ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖpcs
【００２１】
次に、図２を参照しながら説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法及び装置を説明するための図であって、図２（ａ）が線路定数を説明するための図である。
図２（ａ）において、ＰＣＳ接続点９にＰＣＳ用変圧器７3の出力が接続されている。ＰＣＳ接続点９と電力系統連系点１３ｐとの間には、構内配電線１１及び昇圧用変圧器１５から構成される線路定数（ＲT＋ｊＸT）が配置されている。ここで、ＲTは線路定数の抵抗分である。ＸTは線路定数のリアクタンス分である。ｊは虚数を表す。なお、電力系統連系点１３ｐには、背後送電線３１を介して系統背後点３３が接続されている。また、電力系統連系点１３ｐには、負荷３５が接続されている。この負荷３５には、複数のＰＳＣから構内配電線１１及び昇圧用変圧器１５を介して図示矢印Ｃｐに示すような方向の潮流が流れ込んでいる。同様に、この負荷３５には、系統背後点３３から背後送電線３１を介して図示矢印Ｃｍに示すような方向の潮流が流れ込んでいる。
【００２２】
線路定数演算回路１７32においで実行されている演算について、図２（ａ）を参照して説明する。既に説明したが、系統連系点電圧Ｖｓと電圧Ｖpcsとの電圧差をΔＶとし、ＰＣＳ接続点９における有効電力Ｐ及び無効電力Ｑとする。時刻ｔ１における測定値をΔＶ１（ｔ１）、Ｐ１（ｔ１）、Ｑ１（ｔ１）、 この時刻ｔ１とは異なる時刻ｔ２における測定値ΔＶ２（ｔ２）、Ｐ２（ｔ２）、Ｑ２（ｔ２）とする。
時刻ｔ１において、有効Ｐ１，無効電力Ｑ１は、数式２に示すように各パワーコンディショナー５1，５2，５3，…から出力される各電力Ｐｉ，Ｑｉの合計となる。
【００２３】
（数２）
Ｐ１＝ΣＰｉ（ｔ１），Ｑ１＝ΣＱｉ（ｔ１）
また、時刻ｔ１において、電圧差ΔＶ１は、数式３で与えられる。
【００２４】
（数３）
ΔＶ１＝ＲT・Ｐ１＋ＸT・Ｑ１
同様に、時刻ｔ２において、有効Ｐ２，無効電力Ｑ２は、数式４に示すように各パワーコンディショナー５1，５2，５3，…から出力される各電力Ｐｉ，Ｑｉの合計となる。
【００２５】
（数４）
Ｐ２＝ΣＰｉ（ｔ２），Ｑ１＝ΣＱｉ（ｔ２）
また、時刻ｔ２において、電圧差ΔＶ２は、数式５で与えられる。
【００２６】
（数５）
ΔＶ２＝ＲT・Ｐ２＋ＸT・Ｑ２
線路定数演算回路１７32では、これら数式１〜数式４を基に、線路定数の抵抗分ＲTを数式６で求めている。
【００２７】
（数６）
ＲT＝（ΔＶ１・Ｑ２−ΔＶ２・Ｑ１）／（Ｐ１・Ｑ２−Ｐ２・Ｑ１）
また、線路定数演算回路１７32では、これら数式１〜数式４を基に、線路定数のリアクタンス分ＸTを数式７で求めている。
【００２８】
（数７）
ＸT＝（ΔＶ１・Ｐ２−ΔＶ２・Ｐ１）／（Ｐ２・Ｑ１−Ｐ１・Ｑ２）
【００２９】
このようにして線路定数演算回路１７32では線路定数（ＲT＋ｊＸT）を求め、求めた線路定数（ＲT＋ｊＸT）を電圧降下計算回路１７34に入力している。
電圧降下計算回路１７34では、前記有効電力・無効電力検出回路１７33で求めたパワーコンディショナー５3の有効電力Ｐ３及び無効電力Ｑ３と、前記線路定数演算回路１７32から入力された線路定数（ＲT＋ｊＸT）とから数式８のようにして電圧降下値ΔＶｄを求めている。
【００３０】
（数８）
ΔＶｄ＝ＲT・Ｐ３＋ＸT・Ｑ３
【００３１】
電圧降下計算回路１７34で求めた電圧降下値ΔＶｄは、前記制御回路１７35の比較器Ｃ35に入力される。比較器Ｃ35では、この電圧降下値ΔＶｄと電圧指令値ΔＶｐと比較し、その比較値は定電圧制御回路Ａ35に入力されて定電圧制御されるようにＰＣＳ制御器Ｌ35を制御する。ＰＣＳ制御器Ｌ35では、定電圧制御回路Ａ35からの出力信号を基にパワーコンディショナー５3の無効電力を制御して電力系統１３の電力系統連系点１３ｐにおける電圧降下値がなくなるようにパワーコンディショナー５3による電圧変動を抑制するように制御する。
【００３２】
図２（ｂ）が電圧抑制動作を説明するための図である。図２（ｂ）において、同図の右側からＰＣＳ接続点、電力系統連系点及び連係背後点は、図２（ａ）におけるＰＣＳ接続点９、電力系統連系点１３ｐ及び系統背後点３３を表している。
まず、系統背後点(例えば発電機）３３から負荷３５に流れる潮流（矢印Ｃｍ）による電圧降下は、系統背後点３３が電力系統連系点１３ｐから遠ざかるほど背後送電線３１のリアクタンスが大きくなるので、低下する（図２（ｂ）矢印ｙ１）。
一方、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…から電力系統連系点１３ｐ側に流れる電流による電圧降下は、一般にあるいは従来、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…が力率＝１で運転される（無効電流を流さない）ため、構内配電線１１及び昇圧用変圧器１５から構成される線路定数（ＲT＋ｊＸT）の抵抗分（ＲT）による電圧降下を生じ、系統に向かって下がっていく（図（ｂ）の矢印ｙ２）。したがって、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の出力が大きくなればなるだけＰＣＳ接続点（末端）９の電圧が上昇することになる。
そこで、本発明では、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の力率＝１となる運転をやめ、無効電力を有効電力による電圧降下を補償するように流し(無効電力制御し)、太陽光の有効電力による電圧降下を抑制している。
【００３３】
さらに説明すると、図２（ｂ）の連係背後点３５では、系統背後電圧が示されている。
ここで、一般的にあるいは従来のように太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…が力率＝１で運転れさている場合において、ＰＣＳ接続点９から負荷３５に流れる潮流（図示矢印Ｃｐ）と、連係背後点３５から負荷３５に流れる潮流（図示矢印Ｃｍ）とにより、電力系統連系点１３ｐの電圧は図２（ｂ）の符号Ｕ１のようにようになる。
一方、本発明のように、太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の力率＝１となる運転をやめ、無効電力を有効電力による電圧降下を補償するように流し(無効電力制御し)てやると、電力系統連系点１３ｐの電圧は図２（ｂ）の符号Ｕ２のようにようになる。
つまり、図２（ｂ）符号Ｕ１の電圧と、図２（ｂ）符号Ｕ２の電圧との差がＰＣＳの無効電力制御による電圧変動の抑制分を表している。
なお、図２（ｂ）に示すΔＶは、電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの太陽光発電用パワーコンディショナー５1，５2，５3，…の出力（有効電力）変動による電圧降下（上昇）を示している。
上述したパワーコンディショナーの制御装置によれば、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。この図３に示す太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７3以外のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2は、図１に示す第１の実施形態に係るパワーコンディショナーの制御装置１７3と全く同一構成であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略するものとする。
【００３５】
この図３に示す第２の実施形態に係るパワーコンディショナーの制御装置１７3は、多数台並列に接続されたパワーコンディショナー５1，５2，５3，…のうち容量が最大のパワーコンディショナー５3によって、他の各パワーコンディショナー５1，５2，…の制御によって電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を、最大のパワーコンディショナー５3の無効電力を制御することにより補償するようにしたものである。
【００３６】
すなわち、図３に示す第２の実施形態に係るパワーコンディショナーの制御装置１７3は、電圧差検出回路１７31で求めた電圧差ΔＶと電圧指令値ΔＶｐとを比較する比較器ＣＰ３５を設け、この比較器ＣＰ３５において電圧指令値ΔＶｐに電圧差検出回路１７31からの電圧差ΔＶを反映させた後に比較器Ｃ35の一方の端子に一種の電圧指令値として入力するようにし、他の各パワーコンディショナー５1，５2，…の制御によって電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を、最大容量のパワーコンディショナー５3の無効電力を制御して抑制できるようにしたものである。
【００３７】
したがって、太陽光発電システム１において、パワーコンディショナーの制御装置１７3の上記以外の他の構成は図１に示す第１の実施形態と全く同一である。したがって、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一のものには同一の符号を付して構成の説明を省略する。
この第２の実施形態によれば、電圧指令値ΔＶｐに電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下（電圧差ΔＶ）を反映させることにより、各パワーコンディショナー５1，５2，…の制御によって電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を、最大のパワーコンディショナー５3の無効電力を制御することにより補償している。
【００３８】
上述したパワーコンディショナーの制御装置によれば、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができるるほか、電力系統連系点１３ｐからＰＣＳ接続点９までの電圧降下を補償することができる。
【００３９】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置を示すブロック図である。
この図４に示す第３の実施形態に係る太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…のうちの一つに、例えばパワーコンディショナーの制御装置１７3に線路定数演算回路１７32を設け、他のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2…には、線路定数演算回路１７32を設けず、他のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，…では、前記パワーコンディショナーの制御装置１７3の線路定数演算回路１７32から線路定数を取り込むようにしたものである。
【００４０】
したがって、図４に示す第３の実施形態に係る太陽光発電システム１におけるパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，…は、電圧差検出回路１７31及び線路定数演算回路１７32以外は全て同一構成要素で構成されているので、同一構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、この図４に示す第３の実施例の電圧降下計算回路１７24では、電圧差検出回路１７31及び線路定数演算回路１７32を有する他のパワーコンディショナーの制御装置から線路定数を取り込み、また、有効電力・無効電力検出回路１７23からパワーコンディショナー５2の有効電力、無効電力を取り込んで、電圧降下値ΔＶｄを計算して制御回路１７25に与え、制御回路１７25でパワーコンディショナー５2の無効電力を制御するようにしている。
【００４１】
なお、図４では、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７3，…は表示せず、パワーコンディショナーの制御装置１７2のみ表示している。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法を実現する制御装置の関係を説明するためのブロック図である。
この図５においては、パワーコンディショナーの制御装置１７3に線路定数演算回路１７32を設けてこれをマスターとし、他のパワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，…，１７nには線路定数演算回路１７32を設けずにパワーコンディショナーの制御装置１７3の線路定数演算回路１７32から線路定数を取り込みようにしてスレーブとするような関係を示している。
【００４２】
これにより、パワーコンディショナーの制御装置１７1，１７2，１７3，…の各々で線路定数を計算せず、多数台並列に接続されたＰＣＳ接続点９の有効電力と無効電力との検出値のトータルの値を使って求めるようにしたものである。
この第３の実施形態によっても、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの動作力率の悪化を抑えることができるほか、多数台並列接続されたパワーコンディショナーの変換効率を高く保ちつつ、パワーコンディショナーの出力変動による電力系統の電圧変動を抑制することができるほか、線路定数演算回路１７32を一つ設ければよいので、構成が簡易になる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 太陽光発電システム
３1，３2，３3，… 太陽光発電アレイ
５1，５2，５3，… パワーコンディショナー
７1，７2，７3，… ＰＣＳ用変圧器
９ ＰＣＳ接続点
１３ 電力系統
１３ｐ 電力系統連系点
１５ 昇圧用変圧器
１７1，１７2，１７3，… パワーコンディショナーの制御装置
１７31 電圧差検出回路
１７32 線路定数演算回路
１７33 有効電力・無効電力検出回路
１７34 電圧降下計算回路
１７35 制御回路
Ｃ35，ＣＰ35 比較器
Ａ35 定電圧制御回路
Ｌ35 ＰＣＳ制御器
１９ 連系点電圧検出器（ＰＴ）
２１ ＰＣＳ接続点電圧検出器（ＰＴ）
２３ ＰＣＳ出力電圧検出器（ＰＴ）
２５ 電流検出器（ＣＴ）
３１ 背後送電線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法において、
各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧と前記並列接続点の検出電圧との電圧差を求め、この電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を基に、電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求め、かつ、パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求め、このパワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数から電圧降下値を求め、この電圧降下値がなくなるように前記パワーコンディショナー制御することを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法。
【請求項２】
太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、
各パワーコンディショナー毎に、
電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続点の検出電圧を取り込みこれら電圧の電圧差を求める電圧差検出回路と、
前記電圧差検出回路からの電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を取り込み、これら基に電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求める線路定数演算回路と、
当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路と、
前記有効電力・無効電力検出回路からの当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数演算回路からの線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路と、
前記電圧降下計算回路からの電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナーを制御する制御回路とを備えたことを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値を取り込むとともに、前記電圧差検出回路からの電圧差を取り込み、多数台並列に接続されたパワーコンディショナーのうち他のパワーコンディショナーより容量の大きなパワーコンディショナーによって、他の各パワーコンディショナーの制御によって電力系統連系点から並列接続点までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を当該容量の大きなパワーコンディショナーの無効電力を制御により補償することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
【請求項４】
各パワーコンディショナー毎に線路定数演算回路を設けず、一つのパワーコンディショナー側に線路定数演算回路を設け、この線路定数演算回路で求めた線路定数を他も使用することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
【請求項１】
太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法において、
各パワーコンディショナー毎に、電力系統の系統連系点電圧と前記並列接続点の検出電圧との電圧差を求め、この電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を基に、電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求め、かつ、パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求め、このパワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数から電圧降下値を求め、この電圧降下値がなくなるように前記パワーコンディショナー制御することを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御方法。
【請求項２】
太陽光発電アレイからの直流発電出力を交流にしかつ電力制御を行う太陽光発電用パワーコンディショナーが交流側で電力系統に多数並列接続されて構成された太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置において、
各パワーコンディショナー毎に、
電力系統の系統連系点電圧及び前記並列接続点の検出電圧を取り込みこれら電圧の電圧差を求める電圧差検出回路と、
前記電圧差検出回路からの電圧差、前記並列接続点の検出電圧及び電力系統に流れ込む電流を取り込み、これら基に電力系統の電力系統連系点から前記並列接続点までの線路定数を求める線路定数演算回路と、
当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力を求める有効電力・無効電力検出回路と、
前記有効電力・無効電力検出回路からの当該パワーコンディショナーの有効電力と無効電力及び前記線路定数演算回路からの線路定数を基に電圧降下値を求める電圧降下計算回路と、
前記電圧降下計算回路からの電圧降下値がなくなるように当該パワーコンディショナーを制御する制御回路とを備えたことを特徴とする太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記電圧降下計算回路からの電圧降下値を取り込むとともに、前記電圧差検出回路からの電圧差を取り込み、多数台並列に接続されたパワーコンディショナーのうち他のパワーコンディショナーより容量の大きなパワーコンディショナーによって、他の各パワーコンディショナーの制御によって電力系統連系点から並列接続点までの電圧降下を補償しきれなかった電圧降下を当該容量の大きなパワーコンディショナーの無効電力を制御により補償することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
【請求項４】
各パワーコンディショナー毎に線路定数演算回路を設けず、一つのパワーコンディショナー側に線路定数演算回路を設け、この線路定数演算回路で求めた線路定数を他も使用することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２７９１３３（Ｐ２０１０−２７９１３３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２７９９３（Ｐ２００９−１２７９９３）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「大規模電力供給用太陽光発電系統安定化等実証研究北杜サイトにおける大規模電力供給用太陽光発電系統安定化等実証研究」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「大規模電力供給用太陽光発電系統安定化等実証研究北杜サイトにおける大規模電力供給用太陽光発電系統安定化等実証研究」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
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