本發(fā)明涉及一種太陽能發(fā)電中使用的逆變器的控制裝置。

背景技術(shù)：

一般而言，為了與電力系統(tǒng)進行并網(wǎng)，在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中使用逆變器。逆變器將太陽能電池發(fā)電得到的直流電轉(zhuǎn)換成與電力系統(tǒng)同步的交流電，并提供給電力系統(tǒng)。

例如，已公開了一種并網(wǎng)運行裝置，在該并網(wǎng)運行裝置中，為了防止輸出電流逆流，對系統(tǒng)電壓進行檢測，并控制升壓電路，使升壓電壓成為比檢測到的系統(tǒng)電壓高出預先決定電壓值的合適升壓電壓，(例如，參照專利文獻1)。

但是，在以使從太陽能電池輸出的電力成為最大的方式對逆變器進行最大功率點跟蹤控制(mppt，maximumpowerpointtracking)的情況下，直流電壓的下限值被預先設(shè)定。因此，即使在運行中成為逆變器能以低于下限值的直流電壓進行運行的狀態(tài)，逆變器的控制裝置也無法以低于預先設(shè)定的下限值的直流電壓進行控制。

現(xiàn)有技術(shù)文獻：

專利文獻：

專利文獻1：日本特開平11－122818號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種擴大了以使從太陽能電池輸出的電力成為最大的方式進行控制的范圍的、逆變器的控制裝置。

根據(jù)本發(fā)明的觀點的逆變器的控制裝置，是將由太陽能電池發(fā)電得到的電力轉(zhuǎn)換成與電力系統(tǒng)并網(wǎng)的交流電的逆變器的控制裝置，包括：系統(tǒng)電壓檢測單元，檢測所述電力系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓；直流電壓控制單元，在施加于所述逆變器的直流電壓高于下限值時，以使從所述太陽能電池輸出的電力成為最大的方式控制所述直流電壓；下限值決定單元，在由所述系統(tǒng)電壓檢測單元檢測到的所述系統(tǒng)電壓低于預先決定的電壓時，降低所述下限值；以及無功功率控制單元，基于由所述系統(tǒng)電壓檢測單元檢測到的所述系統(tǒng)電壓，控制從所述逆變器輸出的無功功率。

附圖說明

圖1是示出適用了本發(fā)明的第一實施方式涉及的控制裝置的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是示出第一實施方式涉及的太陽能電池的發(fā)電電力的特性的特性圖。

圖3是示出適用了本發(fā)明的第二實施方式涉及的控制裝置的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明。

(第一實施方式)

圖1是示出適用了本發(fā)明的第一實施方式涉及的控制裝置2的太陽能發(fā)電系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。再有，在附圖中的相同部分上標注相同符號并省略其詳細說明，主要對不同部分進行敘述。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)10包括：逆變器1、控制裝置2、太陽能電池3、平滑電容器4、交流濾波器5、并網(wǎng)變壓器6、電力系統(tǒng)7、直流電壓檢測器11、直流電流檢測器12、交流電流檢測器13、以及交流電壓檢測器14。

太陽能電池3是利用光(太陽光)進行發(fā)電的電池。太陽能電池3將發(fā)電得到的電力提供給逆變器1。太陽能電池3不經(jīng)由斬波器(chopper)等升壓電路而連接在逆變器1的直流側(cè)。

逆變器1將由太陽能電池3提供的直流電轉(zhuǎn)換成與電力系統(tǒng)7同步的三相交流電。逆變器1將轉(zhuǎn)換后的交流電經(jīng)由并網(wǎng)變壓器6提供給電力系統(tǒng)7。逆變器1利用從控制裝置2輸出的柵極信號gt，用脈沖寬度調(diào)制(pwm，pulsewidthmodulation)進行功率轉(zhuǎn)換控制。逆變器1例如是pcs(powerconditioningsystem：功率調(diào)節(jié)系統(tǒng))。

平滑電容器4設(shè)置于逆變器1的直流側(cè)(輸入側(cè))。平滑電容器4對從太陽能電池3提供給逆變器1的直流電壓進行平滑化。

交流濾波器5包括電抗器51和電容器52。交流濾波器5抑制從逆變器1輸出的諧波。

直流電壓檢測器11是用于測量逆變器1的直流側(cè)電壓vdc(平滑電容器4的電壓)的檢測器。直流電壓檢測器11將檢測到的直流電壓vdc輸出到控制裝置2。

直流電流檢測器12是用于對流到逆變器1的直流側(cè)的電流idc進行測量的檢測器。直流電流檢測器12將檢測到的直流電流idc輸出到控制裝置2。

交流電流檢測器13是用于對逆變器1的交流側(cè)(輸出側(cè))的電流iiv進行測量的檢測器。交流電流檢測器13將檢測到的交流電流iiv輸出到控制裝置2。

交流電壓檢測器14是用于測量電力系統(tǒng)7的系統(tǒng)電壓vr的檢測器。交流電壓檢測器14將檢測到的系統(tǒng)電壓vr輸出到控制裝置2。

控制裝置2對從逆變器1輸出的有功功率和無功功率進行控制?？刂蒲b置2包括：功率運算部21、直流電壓下限值運算部22、mppt執(zhí)行部23、直流電壓控制部24、功率控制部25和pwm控制部26。

功率運算部21基于直流電壓檢測器11檢測到的直流電壓vdc和直流電流檢測器12檢測到的直流電流idc來運算直流功率pdc。功率運算部21將運算得到的直流功率pdc輸出到mppt執(zhí)行部23。

直流電壓下限值運算部22基于交流電壓檢測器14檢測到的系統(tǒng)電壓vr，決定逆變器1的直流電壓vdc的下限值vl。控制裝置2在不低于所決定的下限值vl的范圍內(nèi)控制直流電壓vdc。下限值vl成為相對于所檢測到的系統(tǒng)電壓vr而至少逆變器1的輸出電流iiv不會逆流的值。再有，優(yōu)選的是，除了輸出電流iiv不會逆流的情況之外，將下限值vl決定為輸出電流iiv的波形不失真的值?？梢愿鶕?jù)各諧波的重疊率等來判斷是否是輸出電流iiv的波形不失真的值。當系統(tǒng)電壓vr下降時，下限值vl下降。若系統(tǒng)電壓vr是預先設(shè)定的閾值(例如，額定電壓)以上，則直流電壓下限值運算部22將預先設(shè)定的值設(shè)定為下限值vl。若系統(tǒng)電壓vr低于預先設(shè)定的閾值，則直流電壓下限值運算部22基于系統(tǒng)電壓vr運算下限值vl。直流電壓下限值運算部22將預先設(shè)定的下限值vl或運算得到的下限值vl輸出到mppt執(zhí)行部23。

在此，對系統(tǒng)電壓vr下降時運算直流電壓vdc的下限值vl的理由進行說明。逆變器1可運行的直流電壓vdc的下限值vl由逆變器1輸出的交流電壓決定。當系統(tǒng)電壓vr下降時，逆變器1輸出的無功功率形成電感性(inductive)。在從逆變器1輸出電感性的無功功率的情況下，逆變器1的輸出功率變低。從而，逆變器1的直流電壓vdc的下限值vl也可以降低。

mppt執(zhí)行部23基于功率運算部21運算得到的直流功率pdc、直流電壓下限值運算部22運算得到的下限值vl、以及預先設(shè)定的上限值vh，將使直流電壓增加或減少的電壓增減信號vn輸出到直流電壓控制部24。mppt執(zhí)行部23輸出由最大功率點跟蹤控制所決定的電壓增減信號vn。

參照圖2，對mppt執(zhí)行部23所進行的直流電壓vdc的控制進行說明。圖2是示出本實施方式涉及的太陽能電池3的發(fā)電電力的特性的特性圖。

在此，在圖2的特性圖中，最大功率點pmpp時的電壓(最大功率點電壓)vmpp處于下限值vl和上限值vh之間，但有時會根據(jù)太陽能電池3的發(fā)電狀態(tài)而最大功率點電壓vmpp不在下限值vl和上限值vh之間。

在直流電壓vdc處于下限值vl和上限值vh之間時，mppt執(zhí)行部23如下地進行跟蹤圖2所示的最大功率點電壓vmpp的控制(最大功率點跟蹤控制)。

首先，mppt執(zhí)行部23測量當前的直流電壓vdc下的直流功率pdc。

接著，mppt執(zhí)行部23輸出使直流電壓vdc上升(或下降)預先決定的1階梯量的電壓的電壓增減信號vn。在直流電壓vdc上升后(或下降后)，mppt執(zhí)行部23測量直流功率pdc。mppt執(zhí)行部23對上一次測量到的直流功率pdc和當次重新測量到的直流功率pdc進行比較。

在比較的結(jié)果為當次重新測量到的直流功率pdc大的情況下，mppt執(zhí)行部23輸出與上一次相同的電壓增減信號vn。即，若上一次的電壓增減信號vn是使電壓上升的信號，則當次也將電壓增減信號vn作為使電壓上升的信號進行輸出。若上一次的電壓增減信號vn是使電壓下降的信號，則當次也將電壓增減信號vn作為使電壓下降的信號進行輸出。另一方面，在當次重新測量到的直流功率pdc小的情況下，mppt執(zhí)行部23輸出與上一次相反的電壓增減信號vn。

通過反復進行上述過程，mppt執(zhí)行部23進行控制，以使得直流電壓vdc始終處于最大功率點電壓vmpp的附近。

當輸出使電壓下降的電壓增減信號vn時，在直流電壓vdc低于下限值vl的情況下，不論直流功率pdc的測量結(jié)果如何，mppt執(zhí)行部23都輸出使電壓上升的電壓增減信號vn。此外，當輸出使電壓上升的電壓增減信號vn時，在直流電壓vdc高于上限值vh的情況下，不論直流功率pdc的測量結(jié)果如何，mppt執(zhí)行部23都輸出使電壓下降的電壓增減信號vn。

直流電壓控制部24中被輸入有由直流電壓檢測器11檢測到的直流電壓vdc和由mppt執(zhí)行部23決定的電壓增減信號vn。直流電壓控制部24基于直流電壓vdc和電壓增減信號vn，運算用于控制直流電壓vdc的直流電壓指令值vdcr。直流電壓控制部24將運算得到的直流電壓指令值vdcr輸出到功率控制部25。

功率控制部25中被輸入有由交流電流檢測器13檢測到的輸出電流iiv、由交流電壓檢測器14檢測到的電力系統(tǒng)7的系統(tǒng)電壓vr、由功率運算部21運算得到的直流功率pdc、以及由直流電壓控制部24運算得到的直流電壓指令值vdcr。功率控制部25基于輸出電流iiv、直流功率pdc以及直流電壓指令值vdcr，運算用于對從逆變器1輸出的有功功率進行控制的有功功率指令值。此外，功率控制部25基于系統(tǒng)電壓vr，運算用于對從逆變器1輸出的無功功率進行控制的無功功率指令值。功率控制部25基于運算得到的無功功率指令值和有功功率指令值，運算用于對從逆變器1輸出的三相交流電壓進行控制的電壓指令值vivr。功率控制部25將運算得到的電壓指令值vivr輸出到pwm控制部26。

pwm控制部26中被輸入有由功率控制部25運算得到的電壓指令值vivr。pwm控制部26以使逆變器1的輸出電壓追隨電壓指令值vivr的方式生成用于驅(qū)動逆變器1的開關(guān)元件的柵極信號gt。pwm控制部26利用所生成的柵極信號gt，對逆變器1進行pwm控制。

根據(jù)本實施方式，由于在系統(tǒng)電壓v進行了電壓下降的情況下，執(zhí)行mppt的直流電壓vdc的范圍的下限值vl降低，因此能夠擴大執(zhí)行mppt的范圍。從而，在最大功率點電壓vmpp低于下限值vl的情況下，下限值vl變低，由此能夠提高從太陽能電池3輸出的電力。

此外，通過基于系統(tǒng)電壓vr來運算直流電壓vdc的下限值vl，由此能夠?qū)斍暗南到y(tǒng)電壓vr來擴大mppt的執(zhí)行范圍。

(第二實施方式)

圖3是示出適用了本發(fā)明的第二實施方式涉及的控制裝置2a的太陽能發(fā)電系統(tǒng)10a的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)10a是在圖1所示的第一實施方式涉及的太陽能發(fā)電系統(tǒng)10中將控制裝置1替換為控制裝置2a而成的?？刂蒲b置2a是在第一實施方式涉及的控制裝置2中將直流電壓下限值運算部22替代為直流電壓下限值選擇部22a而成的。其他的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。

直流電壓下限值選擇部22a基于交流電壓檢測器14檢測到的系統(tǒng)電壓vr，決定逆變器1的直流電壓vdc的下限值vl。在直流電壓下限值選擇部22a中預先設(shè)定有對系統(tǒng)電壓vr的每個等級相對應的下限值vl。例如，系統(tǒng)電壓vr被分為額定電壓以上的等級和不足額定電壓且細分為多個電壓范圍的多個等級。直流電壓下限值選擇部22a判斷檢測到的系統(tǒng)電壓vr屬于哪個等級的電壓范圍。直流電壓下限值選擇部22a從預先設(shè)定的多個下限值vl中選擇與所判斷出的等級相對應的下限值vl。直流電壓下限值選擇部22a將選擇出的下限值vl輸出到mppt執(zhí)行部23。除此以外，直流電壓下限值選擇部22a與第一實施方式涉及的直流電壓下限值運算部22相同。

根據(jù)本實施方式，能夠得到與第一實施方式同樣的作用效果。

此外，通過構(gòu)成為從預先設(shè)定的多個下限值vl中根據(jù)系統(tǒng)電壓vr選擇一個下限值vl，與第一實施方式相比能夠減輕控制裝置2a的運行中的運算負荷。

再有，在各實施方式中，控制裝置2a為始終進行無功功率控制的構(gòu)成，但也可以添加停止無功功率控制的功能。該情況下，第一實施方式涉及的直流電壓下限值運算部22或者第二實施方式涉及的直流電壓下限值選擇部22a也可以將接收表示正在執(zhí)行無功功率控制的信號作為條件來執(zhí)行處理。

再有，本發(fā)明并不原樣限定于上述實施方式，可以在不脫離其主旨的范圍內(nèi)對結(jié)構(gòu)要素變形后，在實施階段具體實施。此外，可以通過上述實施方式中公開的多個結(jié)構(gòu)要素的適當組合來形成各種發(fā)明。例如，也可以從實施方式中示出的全部結(jié)構(gòu)要素中刪除幾個結(jié)構(gòu)要素。另外，也可以適當組合不同實施方式中的結(jié)構(gòu)要素。