太阳能发电系统的控制系统和控制方法

文档序号:9602439阅读:581来源:国知局
太阳能发电系统的控制系统和控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及太阳能发电系统的控制系统和控制方法。
【背景技术】
[0002]太阳能发电系统(PV系统)包括由太阳能电池组件(PV组件)组合而成的PV阵列,和进行PV阵列的动作控制,并将产生的直流电力转换为实际使用的电力形态的功率调节器(PCS)。PV阵列的能获取的最大功率随温度和日照量等运行环境而发生变化。PV阵列工作中的电压和电流的组合称为工作点,能获取最大发电功率的工作点(最大功率点)也随运行环境而变化。因此,大多的PV系统在PCS中安装了对工作点进行控制以追踪最大功率点的最大功率点追踪机构(MPPT)。
[0003]例如,在将PV阵列发出的电力出售给电力公司的情况下,为了将电力供给到电力公司建设的商用电力系统中,需要将直流电力转换为交流以不对商用电力系统造成干扰,并且根据商用电力系统相应进行电压、频率的调整。PCS通过MPPT生成电压控制指令值,根据其与PV阵列的工作电压的差通过比例积分(PI)控制将该电压控制指令值转换为电流控制指令值,基于该电流控制指令值产生栅极控制信号,利用逆变器的PffM控制下的开关动作来进行交流电力的调整。
[0004]PCS的转换容量通常设定为与所控制的PV阵列的额定发电量相比能够稍微有些裕量的程度。因此,在气温低但日照强的情况下,或因发生时效老化导致处理能力下降等情况下,PV阵列的发电量可能会超过PCS的转换容量。并且,还存在若维持发电则PCS将会故障的情况,例如因某种原因导致PCS发生异常加热的情况。为了应对这样的状况,PCS上附加有功率抑制功能。功率抑制功能指的是,通过使工作点从最大功率点转移至较低的发电功率点来在避免PCS发生异常的同时继续维持发电的功能。这样的功率抑制机构也会因电力系统保护之目的而启动。对于电力系统一侧发生的电压变动等异常,存在若继续从PV系统供给电力则会加速异常的情况。
[0005]PCS中的功率抑制的方法,例如专利文献1中已有公开。专利文献1的功率抑制方法中,基于PV阵列的工作电压值和输出电流通过MPPT生成电压控制指令值,通过PI控制将其转换为电流控制指令值,并将该指令值与上限极限值比较,根据需要输出电流控制值来实现功率抑制。在专利文献1的图1的结构中,从PV阵列输出的电压和电流由计测部计测,此处计算出的功率值被输出到MPPT,测得的电压值被输出到AVR(Automatic VoltageRegulator:自动电压调节器)。在MPPT中,基于测得的功率值计算下一步骤的电压指令值,将其输出到AVR。在AVR中,基于电压计测值与电压指令值的差通过PI控制输出用于进行PWM控制的电流指令值。输出的电流指令值被输入到功率抑制部。功率抑制部以根据功率抑制信号抑制发电功率的方式生成用于PWM控制的电流控制值。与电流指令值相较,输出的是使逆变器的导通比减小的电流值。即,在基于功率抑制信号输出电流控制值的情况下,基于MPPT产生的电流指令值被其取代。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2012-113495号公报

【发明内容】

[0009]发明要解决的技术问题
[0010]上述专利文献1的功率抑制方法中,在进行功率抑制的期间,持续使用基于极限控制而决定的电流值取代根据从MPPT输出的电压指令值而决定的电流指令值,因此意味着在进行功率抑制的期间中,MPPT控制没有在进行。因而,在功率抑制期间因日照变动导致PV阵列的输出低于功率抑制值等情况下,PV阵列的工作点不能被适当地控制,恢复至最大功率点的控制需要花费时间,导致发电功率损耗。
[0011]因此,本发明为解决上述问题而实施,本发明的有代表性的目的为,提供一种最优地进行从功率抑制期间中解除功率抑制时的电压控制的技术。
[0012]本发明的上述及其它目的和新颖的技术特征,能够根据本说明书的记载和附图而明确。
[0013]解决问题的技术方案
[0014]本申请公开的技术方案中,有代表性者的概要简单说明如下。
[0015](1)本发明有代表性的太阳能发电系统的控制系统包括:设定太阳能电池阵列的工作电压,并将上述太阳能电池阵列输出的直流电力转换为交流的逆变器;计测上述太阳能电池阵列输出的电流和电压的计测部;和基于由上述计测部测得的上述太阳能电池阵列的工作电压和输出电流值计算上述太阳能电池阵列的工作电压指令值的最大功率点追踪部。此外还包括:对由上述计测部测得的上述太阳能电池阵列的工作电压值与由上述最大功率点追踪部设定的上述太阳能电池阵列的工作电压指令值进行比较,基于它们的差进行比例积分控制的自动电压调整部;和基于由上述自动电压调整部输出的电流指令值生成上述逆变器的栅极信号的脉冲宽度调制信号生成部。此外还包括从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出来进行控制的功率控制部。
[0016](2)本发明有代表性的太阳能发电系统的控制方法是包括逆变器、计测部、最大功率点追踪部、自动电压调整部、脉冲宽度调制信号生成部和功率控制部的太阳能发电系统的控制方法。在上述太阳能发电系统的控制方法中,上述功率控制部从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出进行上述太阳能发电系统的控制。
[0017]发明效果
[0018]本申请公开的技术方案中,根据有代表性者而获得的技术效果简单说明如下。
[0019]S卩,有代表性的技术效果是,能够最优地进行从功率抑制期间中解除功率抑制时的电压控制。其结果是,在功率抑制期间中发生日照变动时,或从功率抑制状态向通常运行状态转移时,能够将发电功率损耗抑制得较低。
【附图说明】
[0020]图1是表示本发明实施方式1中太阳能发电系统的结构之一例的框图。
[0021]图2是表示本发明实施方式1中最大功率点追踪之一例的流程图。
[0022]图3是表示本发明实施方式1中太阳能电池阵列的电压一功率特性与实施了功率抑制的情况下的工作点之一例的图。
[0023]图4是表示本发明实施方式1中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。
[0024]图5是表示本发明实施方式2中太阳能发电系统的结构之一例的框图。
[0025]图6是表示本发明实施方式2中最大功率点追踪之一例的流程图。
[0026]图7是表示图6中通过MPPT决定电压指令值之一例的流程图。
[0027]图8是表示本发明实施方式2中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。
[0028]图9是表示本发明实施方式3中最大功率点追踪之一例的流程图。
[0029]图10是表示图9中通过MPPT决定电压指令值之一例的流程图。
[0030]图11是表示本发明实施方式3中最大功率点追踪的工作电压设定方法中的查找表的生成方法之一例的图。
[0031]图12是表示本发明实施方式3中通过图11生成的查找表之一例的图。
[0032]图13是表示本发明实施方式3中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。
[0033]图14是表示本发明实施方式4中,使用了根据太阳能发电系统的最低工作电压决定的阈值的功率抑制解除时的工作电压设定方法之一例的图。
[0034]图15是表示本发明实施方式5中,在低日照下的恒压工作时也作为最大功率点追踪控制的一个环节输出恒压指令值的控制之一例的流程图。
[0035]图16是表示本发明实施方式5中用于说明低日照下的恒压控制的太阳能发电系统的电压-功率关系之一例的图。
[0036]图17是表示本发明实施方式5中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。
【具体实施方式】
[0037]在以下的实施方式中,在有必要时为了便于说明而分成多个章节或实施方式来描述,但除了特别明确说明的情况之外,它们之间并非无关而是存在这样的关系,即,其中的一方为另一方的一部分或全部变形例、细节、补充说明等。此外,在以下实施方式中,在提及要素的数字等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下,除了特别明确说明的情况和从原理上明显限定为特定数字的情况之外,并不限定于该特定数字,可为特定数字以上或以下。
[0038]进一步地,在以下的实施方式中,其结构要素(包括步骤要素等)除了特别明确说明的情况和从原理上明显理解为是必须的情况之外,都不一定是必须的,这一点无需明言。同样地,在以下的实施方式中,在提及结构要素等的形状、位置关系等时,除了特别明确说明的情况和从原理上明显地理解为并不可行的情况之外,包括实质上与其形状等近似或类似的要素。这一点对于上述数值和范围也是同样的。
[0039][实施方式概要]
[0040]首先对实施方式概要进行说明。本实施方式用于实现最优地进行功率抑制解除时的电压控制。具体而言,涉及在功率抑制时也使MPPT控制有效,在功率抑制解除时也继续进行MPPT的方法,此外,在功率抑制解除后计算太阳能电池阵列的工作电压指令值时,根据由太阳能(太阳光)发电系统的工作下限值决定的电压阈值与电压测量值的大小关系来改变MPPT中的电压指令值计算方法。为了在功率抑制时使MPPT控制有效,不采用将用于控制太阳能电池阵列的状态的电压指令值在转换为电流控制信号的状态下与带来功率抑制的电流控制值比较而进行取代的方法,而是采用将与电压控制值相应的功率与要抑制的功率值比较来更新控制值的方法。
[0041]接着,在实施方式概要中,针对有代表性的太阳能发电系统的控制系统和控制方法进行说明。在本实施方式概要中,作为一例,在括号内标注与实施方式对应的结构要素、符号等进行说明。
[0042](1)本实施方式的有代表性的太阳能发电系统的控制系统(图1的功率调节器2、图5的功率调节器2a)包括:设定太阳能电池阵列(PV阵列1)的工作电压,并将上述太阳能电池阵
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