专利名称：太阳光发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及将由多个太阳光发电装置组构成的太阳光发电系统互连起来的电力系统的功率品质，涉及一种太阳光发电系统的结构以及控制方法。
背景技术：
认为地球变暖的原因的二氧化碳排出量的削减成为一个大的课题，作为二氧化碳排出量的削减机构，利用了风力发电和太阳光发电等自然能源的分散型电源的导入正在兴盛。虽然分散型电源与电力系统互连而多被采用，但由于因风速或日照量的变动导致发电输出变动，因此在与电力系统大量互连的情况下，担心会对电力系统的电压或频率产生影响。作为经由功率变换器对与电力系统互连的风力发电机的电压变动进行抑制的方法，在专利文献1中，公开了一种方法，对表示功率变换器的发电输出的有效功率P与无效功率Q之比的控制参数α进行调整，并将与发电输出的有效功率相应的无效功率输出，从而抑制因发电输出的变动引起的电压变动。具体而言，是一种采用风力发电机与电力系统之间的互连点的电压的变动量与发电输出的有效功率的变动量之积，探索用于对电压变动进行最小化的最佳控制参数α的方法。一般而言，公知有下述方法，通过使该控制参数α 与从互连点看的电力系统侧的合成阻抗的电阻量与电抗量之比R/X —致，从而能够将电压变动最小化。进而，在非专利文献1中，在上述方法中公开了一种对风力发电机的发电输出的有效功率的变动量根据其极性进行编码来探索α的处理方法。专利文献1 日本特开2007-124779号公报非专利文献1 平成19年日本国电气学会全国大会，No. 4-082风力发电，为了效率化因而多被用作由多个风力发电机构成的风力发电机组、或者风能场(wind farm)。另一方面，最近关于太阳光发电也有大规模的动向，关于发送功率输出为数MW级的所谓超级太阳能系统(mega solar system)正在研究。在这些大规模的太阳光发电系统中，与风力发电同样地，也会产生伴随日照量的变化的输出变动以及由此引起的互连点的电压变动。在将太阳光发电系统大规模化的情况下，一般采用的结构是将太阳电池板与额定电容为数IOkW至数IOOkW的多个功率变换器连接，进而连接这些功率变换器的输出并与电力系统互连。在此，在大规模系统的情况下，由于太阳电池板的设置面积广，因此认为与各功率变换器连接的太阳电池板所接受的日照量变化会产生时间延迟，结果从各功率变换器输出的发电输出的变动成分的相位可能不同。在与电力系统之间的互连点产生的电压变动依赖于在太阳光发电系统整体合成的输出变动，但在因上述相位延迟的影响导致太阳光发电系统整体的输出变动与各功率变换器的输出变动的增减状态不同时，若应用上述公知技术，则多个功率变换器中用于抑制电压变动的控制有可能会产生干涉(课题1)。另外，在将上述公知技术应用于太阳光发电系统的情况下，风力发电和太阳光发电的输出变动的产生形式的不同会成为问题。在风力发电的情况下，除因天气引起的风速变动所产生的输出变动之外，因在涡轮叶片横切支柱时所产生的风速变动也会产生输出变动，因此成为周期性比较高的输出变动特性。对此，在太阳光发电的情况下，发电输出的变动基本上只依赖于日照量的变化，因此根据天气情况会存在未产生输出变动的情况、或者产生微小的输出变动的时间段持续很长时间的情况、或因云的流动等导致突发且非周期性地产生大输出变动的情况。这些情况下，如上述公知的技术，在采用与电力系统之间的互连点的电压的变动量与发电输出的有效功率的变动量的符号(+1或者-1)之积探索最佳控制参数α的方法中，通过将微小的发电输出的变动编码，可能会不必要地修正控制参数而偏离最佳值(课题2)。另外，在发电输出未产生变动的状态长时间继续期间，若因系统结构的变更等导致合成阻抗改变，则控制参数α的最佳值会改变。在上述公知的技术中，由于如果发电输出不变动则不修正控制参数值，因此α偏离最佳值的状态继续，在再次收敛至最佳值之前可能需要时间(课题3)。
发明内容
本发明就是鉴于上述课题而形成的，其目的在于提供一种太阳光发电系统，不采用其他补偿装置，通过作为太阳光发电系统的构成要素之一的多个功率变换器的无效功率控制，一边防止干涉一边稳定地抑制因太阳光发电系统的输出变动所产生的电压变动。为了实现上述目的，本发明的太阳光发电系统的特征在于大致以下构成。对于与对太阳光发电系统进行大规模化时的控制的干涉有关的课题1，在各太阳光发电装置的控制器中设置功率补偿量运算器，其采用多个太阳光发电装置的合成输出电流、各太阳光发电装置的功率变换器的输出电压以及输出电流、和与电力系统的互连点的电压，来运算用于抑制电压变动的功率量。对于与控制参数的不必要修正有关的课题2，在上述功率补偿量运算器中，在采用基于多个太阳光发电装置的合成发电输出的有效功率的变动量与互连点电压的变动量之积计算的上述控制参数、和各太阳光发电装置的有效功率，来计算对电压变动进行最小化的无效功率指定值时，在合成发电输出的有效功率的检测值中设置死区。对于控制参数偏离最佳值的状态继续的课题3，在上述功率补偿量运算器中，设置在多个太阳光发电装置的合成发电输出的有效功率的变动量处于阈值以下的状态继续规定时间以上的情况下，将有效功率的变动指令传送给功率变换器的功率控制器，在基于多个太阳光发电装置的合成发电输出的有效功率的变动量与互连点电压的变动量之积所计算的控制参数的变化量处于阈值以下的情况下，停止变动指令的机构。根据本发明的太阳光发电系统，由于根据采用合成输出电流的检测值所计算的发电输出的有效功率的变动成分、和采用根据功率变换器的输出电压的检测值推定的互连点电压计算的电压的变动成分，计算用于抑制电压变动的功率补偿量，因此即使在各功率变
5换器的发电输出存在相位差的情况下，也不会产生干涉，能够运算用于稳定地抑制电压变动的功率补偿量。从而，在由多个功率变换器构成的大规模的太阳光发电系统中，能够抑制因发电输出的变动所产生的电压变动。进而，即使在发电输出没有变动、或者发生了微小的变动的时间段继续的情况下， 通过根据发电输出的有效功率的检测值由功率变换器使微小变动能动地发生，从而能够克服表示发电输出的有效功率P与无效功率Q之比的控制参数α从用于抑制电压变动的最佳值被不必要地补正，或者向最佳值的收敛需要时间的问题，能够实现适于太阳光发电系统的电压变动抑制控制。在由与电力系统连接的多个功率变换器和太阳电池板构成的太阳光发电系统中， 适当且稳定地抑制因发电输出的变动引起的电压变动。该目的不必设置特别的调整装置便能实现。本发明的太阳光发电系统，由控制太阳电池板的输出的功率变换器和其控制器构成，由将多个太阳光发电装置与电力系统互连而成，该太阳光发电装置，具有对表示功率变换器的发电输出的有效功率P与无效功率Q之比的控制参数α进行调整来抑制电压变动的功能。在上述控制器中设置功率补偿量运算器，其采用太阳光发电系统的合成输出电流、 太阳光发电系统与电力系统的互连点的电压、和上述功率变换器的输出电压以及输出电流，运算用于抑制电压变动的功率量。在上述功率补偿量运算器中设置采用太阳光发电系统的合成输出电流的检测值I和上述功率变换器的输出电压的检测值Vi来推定与电力系统的互连点电压Vs的机构由上述功率补偿量运算器，在采用基于太阳光发电系统的合成发电输出的有效功率P的变动量与互连点电压Vs的变动量之积所计算的控制参数、和从上述太阳光发电装置输出的有效功率Pi，计算对电压变动进行最小化的无效功率指令值Qi时，在上述合成发电输出的有效功率P的变动量的检测中设置死区。并且，在上述功率补偿量运算器中，设置在上述合成发电输出的有效功率P的变动量处于阈值以下的状态继续规定时间以上的情况下，将基于有效功率P的变动量的该太阳光发电装置的变动指令APi传送给上述功率变换器，在基于上述有效功率P的变动量与互连点电压Vs的变动量之积所计算的控制参数α 的变化量处于阈值以下的情况下，使变动指令APi停止的机构。
图1是本发明的实施例1的太阳光发电系统的构成图。
图2是实施例1中的控制器的控制框图。
图3是实施例1中的电压推定功能的说明图。
图4是实施例1中的带死区编码器的动作的说明图。
图5是表示实施例1中使有效功率能动地产生的概念的说明图。
图6是实施例1中的使有效功率能动地产生的处理流程图。
图7是实施例2的太阳光发电系统的构成图。
图8是实施例2中的控制器的控制框图。
图9是实施例3的太阳光发电系统的构成图。
图10是实施例3中的功率补偿量控制器的控制框图。
图11是实施例3中的功率补偿量控制器的处理流程图。其中1_主干系统，2-互连线，3-互连点，4-互连用变压器，5-专用布线，6、 116-电流传感器，7、115-电压传感器，8a-电压运算器，8b-功率运算器，9、113-功率补偿量运算器，11-太阳光发电装置，110-控制器，111-太阳电池板，112-功率变换器，114-功率控制器，1131-电压电流功率运算器，1132-电压推定运算器，1133、1134、91、92_变动检测器， 1135,93-带死区编码器，1136,94-积分器，1137-无效功率补偿运算器，1138-输出变动发生器，95-输出变动判定器。
具体实施例方式以下基于附图对本发明的多个实施方式详细进行说明。(实施例1)图1A、1B是本发明的一实施方式的太阳光发电系统的概略构成图。多个太阳光发电装置11 li，经由专用布线5以及互连用变压器4与电力系统的互连点3连接，进而经由互连线2与主干系统1互连。在互连用变压器4的低压侧设置用于对太阳光发电装置 11 Ii的输出电流的合成值进行检测的电流检测器6。太阳光发电装置11，主要由太阳电池板111、功率变换器112、控制器110、电压检测器115、电流检测器116构成。控制器110，如图IB所示，由功率补偿量运算器113、功率控制器114构成。在功率补偿量运算器113中，采用由电压检测器115以及电流检测器116 得到的输出端的电压检测值Vl以及电流检测值II、和由电流检测器6得到的合成电流检测值I，运算用于抑制电压变动的功率补偿量Q1*、ΔΡ1*，并指令给功率控制器114。在功率控制器114中，采用这些功率补偿量指令Q1*、ΔΡ1*、和输出端的电压检测值Vl以及电流检测器II，将控制功率变换器112的门(gate)脉冲信号Gl输出。图2是实施例1的功率补偿量运算器中的具体的控制框图。以下说明处理的流程。 功率补偿量运算器113，在电压电流功率运算器1131中，采用功率变换器112的输出端的电压检测值Vl以及电流检测值11、和合成电流检测值I，对太阳光发电装置11的发电输出的有效功率P1、太阳光发电装置11 Ii的总计发电输出的有效功率P、与输出端的电压以及电流的dq轴成分进行运算并输出。在电压推定运算器1132中，采用输出端的电压以及电流的dq成分计算互连点3的电压的振幅Vs。变动检测器1133、1134，输入由电压推定运算器1132所求出的电压振幅值Vs、合成发电输出的有效功率P，并分别提取电压振幅的变动成分Δ Vs、有效功率P的变动成分Δ P。作为变动检测器1133、1134，按照能够提取太阳光发电装置的输出变动的主要频率成分的方式应用调整时间常数后的滤波器。作为构成变动检测器1134的滤波器，通过组合例如用于将周期为数秒以下程度的高频噪声成分(不依赖于日照量变化的变动成分)切断的低通滤波器、以及用于将周期为数十秒程度以下的低频输出变动成分切断的高通滤波器组合，从而可以构成。电压对应的变动检测器1133，为了提取与有效功率的变动相同的频率成分，而需要按照成为与变动检测器1134相同的特性的方式，设置滤波器的时间常数。所提取的有效功率的变动成分ΔΡ，被输入至带死区编码器1135，在被变换成表示ΔΡ的变动的增减方向的符号信号之后，与电压变动成分AVs进行积运算，由积分器 1136对其进行积分后得到控制参数α。在此，α是表示从功率变换器112输出的有效功率P与无效功率Q之比的参数，通过上述处理，便能够使α的值收敛在用于将电压变动最小化的最佳值、即从互连点看的电力系统侧的合成阻抗的阻抗量与电抗量之比R/X。将控制参数α和由电压电流功率运算器1131所计算的太阳光发电装置11的发电输出的有效功率Pl输入至无效功率补偿量运算器1137，得到作为两者的积α ·Ρ1并指令给功率控制器114的无效功率补偿量Qf。并且，在有效功率变动发生器1138中，采用有效功率的变动成分△ P与控制参数α计算有效功率的变动量ΔΡΓ，并指令给功率控制器 114。在功率控制器114中，采用无效功率指令Q1*、有效功率变动指令ΡΓ、由电压检测器 115所检测的电压Vl、由电流检测器116所检测的电流11，生成门脉冲信号Gl，并通过功率变换器112控制其输出功率。接着，针对电压电流功率运算器1131中的具体运算方法进行说明。功率变换器 112的输出端的有效功率Pl以及太阳光发电装置11 Ii的合成发电输出的有效功率P， 在例如太阳光发电装置11中，采用式⑴以及式⑵求出。Pl = IldXVld+IlqXVlqP = IdXVld+IqXVlq
(1) ⑵在此，Ild以及Ilq，是对由电流检测器116所检测的三相电流检测值Il通过旋转坐标变换等进行坐标变换后的d轴成分以及q轴成分。同样，Vld以及Vlq，是对由电压检测器115所检测的三相电压检测值Vl通过旋转坐标变换等进行坐标变换后的d轴成分以及q轴成分。并且，Id、Iq是对由电流检测器6所检测的三相合成电流检测值I通过旋转坐标变换等进行坐标变换后的d轴成分以及q轴成分。在电压电流功率运算器1131中，有相位检测器(未图示)，该相位检测器，对跟踪系统电压的U相的相位信号COS(on)、Sin(Ot)进行检测。在相位信号C0S( t)与系统的U相一致的情况下，Id、Iq、VcUVq由式(3)、式(4)计算。数学式权利要求
1.一种太阳光发电系统，由将多个太阳光发电装置与电力系统互连而构成，所述太阳光发电装置由对太阳电池板的输出进行控制的功率变换器和其控制器构成，并具有对表示功率变换器的发电输出的有效功率P与无效功率Q之比的控制参数α进行调整来抑制电压变动的功能，在上述控制器中设置了功率补偿量运算器，其采用太阳光发电系统的合成输出电流、 太阳光发电系统与电力系统的互连点的电压、和上述功率变换器的输出电压以及输出电流，运算用于抑制电压变动的功率量。
2.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，在所述功率补偿量运算器中设置了采用太阳光发电系统的合成输出电流的检测值I 和上述功率变换器的输出电压的检测值Vi来推定与电力系统之间的互连点电压Vs的机构。
3.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，在由上述功率补偿量运算器采用基于太阳光发电系统的合成发电输出的有效功率P 的变动量与互连点电压Vs的变动量之积所计算的控制参数、和从上述太阳光发电装置输出的有效功率Pi，来计算对电压变动进行最小化的无效功率指令值Qi时，在上述合成发电输出的有效功率P的变动量的检测中设置死区。
4.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，在上述功率补偿量运算器中设置下述机构，即在上述合成发电输出的有效功率P的变动量处于阈值以下的状态继续规定时间以上的情况下，将基于有效功率P的变动量的该太阳光发电装置的变动指令APi传送给上述功率变换器，在基于上述有效功率P的变动量与互连点电压Vs的变动量之积所计算的控制参数α的变化量处于阈值以下的情况下，使变动指令APi停止的机构。
5.根据权利要求1所述的太阳光发电系统，在上述功率补偿量运算器中设置权利要求3所述的死区以及权利要求4所述的机构。
6.一种太阳光发电系统，由将至少一个太阳光发电装置与电力系统互连而构成，所述太阳光发电装置，由对太阳电池板的输出进行控制的功率变换器和其控制器构成，并具有对表示功率变换器的发电输出的有效功率P与无效功率Q之比的控制参数α进行调整来抑制电压变动的功能，具有对上述太阳光发电系统的合成输出电流、电力系统的互连点的电压、和上述太阳光发电装置的功率变换器的输出电压以及输出电流进行检测的机构，在上述控制器中设置功率补偿量运算器，其采用太阳光发电系统的合成输出电流、太阳光发电系统与电力系统的互连点的电压、和上述功率变换器的输出电压以及输出电流来运算用于抑制电压变动的功率量，上述功率补偿量运算器，在采用基于太阳光发光系统的合成发电输出的有效功率P的变动量与互连点电压Vs的变动量之积所计算的控制参数α、和从该太阳光发电装置输出的有效功率Pi，计算对电压变动进行最小化的无效功率指令值时，在上述有效功率P的变动量的检测中设置死区，以及/或者，上述功率补偿量运算器，设置了在上述有效功率P的变动量处于阈值以下的状态继续规定时间以上的情况下，将有效功率P的变动指令传送给上述功率变换器的功率控制器，在所计算的控制参数的变化量处于阈值以下的情况下，停止有效功率的变动指令的机构。
7.一种太阳光发电系统，由将多个太阳光发电装置与电力系统互连而构成，所述太阳光发电装置，由对太阳电池板的输出进行控制的功率变换器和其控制器构成，并具有对表示功率变换器的发电输出的有效功率P与无效功率Q之比的控制参数α进行调整来抑制电压变动的功能，设置了功率补偿量控制器，其具有对太阳光发电系统的合成输出电流I与电力系统之间的互连点电压Vs进行检测的机构，并用于采用这些检测值来计算控制参数α，并将该α 指令给多个太阳光发电装置的功率变换器。
8.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，在由上述功率补偿量控制器基于上述太阳光发电系统的合成发电输出的有效功率的变动量与互连点电压的变动量之积来计算控制参数α时，在上述有效功率的变动量的检测中设置死区。
9.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，上述功率补偿量控制器设置了下述机构，即在上述有效功率的变动量处于阈值以下的状态继续规定时间以上的情况下，将有效功率的变动指令传送给上述功率变换器的功率控制器，在所计算的控制参数α的变化量处于阈值以下的情况下，停止有效功率的变动指令的机构。
10.根据权利要求7所述的太阳光发电系统，上述功率补偿量控制器，设置了权利要求8所述的死区以及权利要求9所述的机构。
全文摘要
本发明提供的太阳光发电系统中，设置了功率补偿量运算器(113)，其用于采用多个太阳光发电装置(11-1i)的合成输出电流(I)、各个功率变换器(112)的输出电压(V1)以及输出电流(I1)、和与电力系统之间的互连点(3)的电压(Vs)，运算用于抑制电压变动的功率量(Q)。在功率补偿量运算器中，设置了推定与电力系统之间的互连点的电压的机构(1133)。并且，采用基于太阳光发电装置的合成发电输出的有效功率(P)的变动量(ΔP)与互连点电压的变动量(ΔVs)之积所计算的控制参数(α)、和太阳光发电装置(110)的有效功率(P1)，计算对电压变动进行最小化的无效功率指令值(Q*)。这时，在变动量(ΔP)的检测值中设置死区(1135)。进而，在太阳光发电装置的合成发电输出的变动量(ΔP)处于阈值以下的状态继续规定时间以上的情况下，将有效功率的变动指令(ΔP1*)传送给功率控制器(114)，在所计算的控制参数(α)的变化量处于阈值以下的情况下，停止变动指令。
文档编号H02J3/00GK102290814SQ20111024931
公开日2011年12月21日 申请日期2008年12月26日 优先权日2007年12月27日
发明者伊藤智道, 内山伦行, 大原伸也, 大野康则, 宫田博昭, 近藤真一 申请人:株式会社日立制作所