特許 5891251 電力変換装置の電源供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5891251

(24)【登録日】2016年2月26日

(45)【発行日】2016年3月22日

(54)【発明の名称】電力変換装置の電源供給装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20160308BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 R

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-558628(P2013-558628)

(86)(22)【出願日】2012年2月15日

(86)【国際出願番号】JP2012053552

(87)【国際公開番号】WO2013121540

(87)【国際公開日】20130822

【審査請求日】2014年6月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井川 英一

【審査官】 下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３３２６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７８３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００５７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００９５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０７０５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２０１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４１７５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽光発電システムにおける複数の光起電力電池により発電された電力を合成して電力系統に供給するための電力に変換する複数の電力変換装置の電源供給装置であって、
前記複数の電力変換装置は、交流側が並列に接続され、複数の建屋に分散して設置され、
前記複数の電力変換装置に電源を供給するための発電をし、前記複数の建屋のそれぞれに少なくとも１つ設けられた光起電力電池である電力変換装置用光起電力電池
を備えたことを特徴とする電力変換装置の電源供給装置。

【請求項2】

前記電力変換装置用光起電力電池は、発電電力を前記電力系統に供給すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の電源供給装置。

【請求項3】

太陽光発電システムにおける複数の光起電力電池により発電された電力を合成して電力系統に供給するための電力に変換する複数の電力変換装置の電源を供給するための電源供給方法であって、
前記複数の電力変換装置は、交流側が並列に接続され、複数の建屋に分散して設置され、
前記複数の建屋のそれぞれに少なくとも１つ設けられた光起電力電池による発電により、前記複数の電力変換装置の電源を供給すること
を特徴とする電力変換装置の電源供給方法。

【請求項4】

前記複数の電力変換装置に電源供給する前記光起電力電池は、発電電力を前記電力系統に供給すること
を特徴とする請求項３に記載の電力変換装置の電源供給方法。

【請求項5】

太陽光発電システムにおける複数の光起電力電池と、
交流側が並列に接続され、複数の建屋に分散して設置され、前記複数の光起電力電池により発電された電力を合成して電力系統に供給するための電力に変換する複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置の電源を供給するための発電をし、前記複数の建屋のそれぞれに少なくとも１つ設けられた光起電力電池である電力変換装置用光起電力電池と
を備えたことを特徴とする発電システム。

【請求項6】

前記電力変換装置用光起電力電池は、発電電力を前記電力系統に供給すること
を特徴とする請求項５に記載の発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に電源を供給する電力変換装置の電源供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、大容量の電力を得るために複数の電力変換装置を並列に接続することが知られている。また、電力変換装置には、制御電源を供給する必要がある。従って、これらの電力変換装置に制御電源を供給するために、電力変換装置の主回路とは別に、制御電源用の配線がされる。

【0003】

しかしながら、複数の電力変換装置の設置箇所が点在する場合（例えば、複数の電力変換装置が別々の建屋に設置されている場合）、制御電源用の配線に使われる電源線路が長くなる。電源線路が長くなると、電源線路の損失は大きくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３６０９５０９号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明の目的は、電力変換装置に電源を供給するための電源線路の損失を低減することのできる電力変換装置の電源供給装置を提供することにある。

【0006】

本発明の観点に従った電力変換装置の電源供給装置は、太陽光発電システムにおける複数の光起電力電池により発電された電力を合成して電力系統に供給するための電力に変換する複数の電力変換装置の電源供給装置であって、前記複数の電力変換装置は、交流側が並列に接続され、複数の建屋に分散して設置され、前記複数の電力変換装置に電源を供給するための発電をし、前記複数の建屋のそれぞれに少なくとも１つ設けられた光起電力電池である電力変換装置用光起電力電池を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】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の構成を示す構成図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係るパワーコンディショナーの構成を示す構成図である。

【図3】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の構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0009】

（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１０の構成を示す構成図である。

【0010】

太陽光発電システム１０は、複数のインバータステーション１と、各インバータステーション１に設けられた制御電源用ＰＶアレイ２と、各インバータステーション１に設けられたＰＶ(photovoltaic）（光起電力電池、太陽電池）アレイ３とを備えている。太陽光発電システム１０は、ＰＶアレイ３により発電された電力により、グリッド９と系統連系をする。

【0011】

各インバータステーション１は、ＡＶＲ(Automatic Voltage Regulator)１１と、複数のパワーコンディショナー(PCS: Power Conditioning System)１２と、電源線路１３とを収納している。なお、ここでは、パワーコンディショナー１２の交流側の配線は、図示していない。

【0012】

複数のインバータステーション１は、それぞれのＰＶアレイ３群により発電された直流電力を交流電力に変換する。全てのインバータステーション１の交流側は、並列に接続されている。これにより、全てのインバータステーション１から出力される交流電力は、合成される。これにより、太陽光発電システム１０における全てのＰＶアレイ３により発電された直流電力は、交流電力に変換されて、グリッド９に供給される。

【0013】

ＰＶアレイ３は、グリッド９に電力を供給するための直流電力を発電する。ＰＶアレイ３は、多数のＰＶセルが直列及び並列に接続された構成になっている。ＰＶアレイ３は、発電した電力をパワーコンディショナー１２の直流側に供給する。

【0014】

制御電源用ＰＶアレイ２は、自身が設置されているインバータステーション１内にある全てのパワーコンディショナー１２に制御電源を供給するための直流電力を発電する。制御電源用ＰＶアレイ２は、ＰＶアレイ３よりも小さい発電容量のＰＶアレイである。例えば、各ＰＶアレイ３の発電容量が２５０［ｋＷ］、パワーコンディショナー１２が４台、パワーコンディショナー１２の各制御電源が１００［Ｗ］の場合、制御電源用ＰＶアレイ２の発電容量は、１つのＰＶアレイ３の発電容量の０．１％程度の発電容量があればよい。

【0015】

ＡＶＲ１１は、制御電源用ＰＶアレイ２から供給される直流電圧をパワーコンディショナー１２に制御電源として供給するための交流電圧に変換及び調整する。ＡＶＲ１１は、電源線路１３を介して、各パワーコンディショナー１２に制御電源を供給する。

【0016】

パワーコンディショナー１２は、各ＰＶアレイ３に対応するように設けられている。パワーコンディショナー１２は、ＰＶアレイ３から供給された直流電力をグリッド９の交流電力と同期する交流電力に変換する電力変換装置である。インバータステーション１内にある全てのパワーコンディショナー１２の交流側は、並列に接続されている。並列接続されたパワーコンディショナー１２の合成された出力電力が、インバータステーション１の出力電力となる。

【0017】

電源線路１３は、インバータステーション１内にある全てのパワーコンディショナー１２制御電源を並列に接続するための配線である。電源線路１３は、ＡＶＲ１１から供給される直流電力を各パワーコンディショナー１２に制御電源として供給する。

【0018】

図２は、本実施形態に係るパワーコンディショナー１２の構成を示す構成図である。

【0019】

パワーコンディショナー１２は、電力変換部（インバータ）２２と、連系トランス２３と、コンデンサ２４と、リアクトル２５と、直流電圧検出器２６と、直流電流検出器２７と、交流電圧検出器２８と、交流電流検出器２９と、２つの制御電源用変圧器３０，３５と、２つの制御電源用ＡＣ／ＤＣ（交流／直流）変換器３１，３２と、２つのダイオード３３，３４と、電力変換制御装置４０とを備えている。なお、２つの制御電源用ＡＣ／ＤＣ変換器３１，３２と２つのダイオード３３，３４は、電力変換制御装置４０を構成する基板に実装されていてもよい。

【0020】

主回路２１は、ＰＶアレイ３により発電された電力をグリッド９に供給する回路である。主回路２１には、電力変換部２２、連系トランス２３、コンデンサ２４、及びリアクトル２５が設けられている。

【0021】

電力変換部２２は、ＰＶアレイ３から供給される直流電力をグリッド９の交流電源と同期する交流電力に変換する。電力変換部２２は、変換した交流電力をグリッド９に供給するために出力する。

【0022】

連系トランス２３は、電力変換部２２の出力側（交流側）に設けられている。連系トランス２３は、電力変換部２２から出力される交流電圧をグリッド９に供給するための電圧に変圧する。

【0023】

コンデンサ２４及びリアクトル２５は、交流フィルタを構成する。交流フィルタは、連系トランス２３の交流側に設けられている。交流フィルタは、電力変換部２２からグリッド９に流出する高調波電流を抑制する。

【0024】

直流電圧検出器２６は、電力変換部２２の入力側（直流側）に設けられている。直流電圧検出器２６は、ＰＶアレイ３から入力される直流電圧を検出する。直流電圧検出器２６は、検出した直流電圧を電力変換制御装置４０に出力する。

【0025】

直流電流検出器２７は、電力変換部２２の入力側に設けられている。直流電流検出器２７は、ＰＶアレイ３から入力される直流電流を検出する。直流電流検出器２７は、検出した直流電流を電力変換制御装置４０に出力する。

【0026】

交流電圧検出器２８は、直流リアクトル２５の出力側（交流側）に設けられている。交流電圧検出器２８は、電力変換部２２から出力される交流電圧を検出する。交流電圧検出器２８は、検出した交流電圧を電力変換制御装置４０に出力する。

【0027】

交流電流検出器２９は、直流リアクトル２５の出力側に設けられている。交流電流検出器２９は、電力変換部２２から出力される交流電流を検出する。交流電流検出器２９は、検出した交流電流を電力変換制御装置４０に出力する。

【0028】

制御電源用変圧器３０は、グリッド９から供給される交流電力を電力変換制御装置４０の（パワーコンディショナー１２の）制御電源として用いるための電圧に変圧する。制御電源用変圧器３０により変圧された交流電力は、制御電源用ＡＣ／ＤＣ変換器３２に出力される。

【0029】

制御電源用ＡＣ／ＤＣ変換器３２は、制御電源用変圧器３０により変圧された交流電力を電力変換制御装置４０の制御電源として供給するための直流電力に変換する。制御電源用ＡＣ／ＤＣ変換器３２により変換された直流電力は、ダイオード３４を介して、電力変換制御装置４０の制御電源として供給される。

【0030】

制御電源用変圧器３５は、ＡＶＲ１１から供給される交流電力を電力変換制御装置４０の（パワーコンディショナー１２の）制御電源として用いるための電圧に変圧する。制御電源用変圧器３５により変圧された交流電力は、制御電源用ＡＣ／ＤＣ変換器３１に出力される。

【0031】

制御電源用ＡＣ／ＤＣ変換器３１は、制御電源用変圧器３５により変圧された交流電力を電力変換制御装置４０の制御電源として供給するための直流電力に変換する。制御電源用ＡＣ／ＤＣ変換器３１により変換された直流電力は、ダイオード３３を介して、電力変換制御装置４０の制御電源として供給される。

【0032】

２つのダイオード３３，３４は、並列に接続されている。これにより、電力変換制御装置４０には、制御電源用ＰＶアレイ２とグリッド９の少なくとも一方から供給される電力が制御電源として供給される。

【0033】

電力変換制御装置４０は、電力変換部２２を制御する制御装置である。電力変換制御装置４０は、直流電圧計測部４１と、直流電流計測部４２と、交流電圧計測部４３と、交流電流計測部４４、電力制御部４５と、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部４６とを備えている。

【0034】

直流電圧計測部４１は、直流電圧検出器２６により検出された直流電圧により、ＰＶアレイ３から入力される直流電圧を計測する。直流電圧計測部４１は、計測した直流電圧を電力制御部４５に出力する。

【0035】

直流電流計測部４２は、直流電流検出器２７により検出された直流電流により、ＰＶアレイ３から入力される直流電流を計測する。直流電流計測部４２は、計測した直流電流を電力制御部４５に出力する。

【0036】

交流電圧計測部４３は、交流電圧検出器２８により検出された交流電圧により、グリッド９の系統電圧（電力変換部２２の出力電圧）を計測する。交流電圧計測部４３は、計測した交流電圧を電力制御部４５に出力する。

【0037】

交流電流計測部４４は、交流電流検出器２９により検出された交流電流により、電力変換部２２から出力される交流電流を計測する。交流電流計測部４４は、計測した交流電流を電力制御部４５に出力する。

【0038】

電力制御部４５は、直流電圧計測部４１により計測された直流電圧、直流電流計測部４２により計測された直流電流、交流電圧計測部４３により計測された交流電圧、及び交流電流計測部４４により計測された交流電流に基づいて、電力変換部２２から出力させる電気量（電流、電圧、電力など）を制御するための演算処理をする。電力制御部４５は、演算された電気量を電力変換部２２に対する出力指令値として、ＰＷＭ制御部４６に出力する。

【0039】

ＰＷＭ制御部４６は、電力制御部４５から入力された出力指令値に基づいて、電力変換部２２をＰＷＭ制御するためのゲート信号を生成する。ＰＷＭ制御部４６は、生成したゲート信号により、電力変換部２２を駆動制御する。

【0040】

本実施形態によれば、制御電源用ＰＶアレイ２を各インバータステーション１に設けることで、パワーコンディショナー１２の制御電源を並列に接続するための電源線路１３は、インバータステーション１内に納めることができる。従って、複数のインバータステーション１にパワーコンディショナー１２が分散して設置されている場合でも、電源線路１３を複数のインバータステーション１の間で、渡すための配線をする必要がない。よって、電源線路１３の長さを短くすることができるため、電源線路１３の損失を低減することができる。

【0041】

また、インバータステーション１の内部のように、建屋の内部のみでパワーコンディショナー１２の電源線路１３を敷設できる。これにより、屋外に電源線路１３を敷設する場合と比べて、雷サージの影響を低減することができる。

【0042】

さらに、グリッド９に電力供給するためのＰＶアレイ３とは別に、制御電源用ＰＶアレイ２を設けることで、パワーコンディショナー１２の電源電圧に適した容量の発電をさせることができる。また、ＡＶＲ１１の容量を小さく抑えることができるため、制御電源用ＰＶアレイ２による発電電力を電力変換するＡＶＲ１１の変換効率を向上させることができる。

【0043】

また、制御電源用ＰＶアレイ２とグリッド９のそれぞれの電力を併用して、パワーコンディショナー１２に制御電源として供給することで、制御電源を二重系にして運用することができる。

【0044】

（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１０Ａの構成を示す構成図である。

【0045】

太陽光発電システム１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る太陽光発電システム１０において、制御電源用ＰＶアレイ２の代わりに、複数のＰＶアレイ３のうちの１つのＰＶアレイ３を制御電源用ＰＶアレイ２と兼用させた制御電源用ＰＶアレイ２Ａを設けた構成である。また、ＡＶＲ１１をＡＶＲ１１Ａに代えている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

【0046】

制御電源用ＰＶアレイ２Ａは、パワーコンディショナー１２の主回路の直流側及びＡＶＲ１１Ａに接続されている。制御電源用ＰＶアレイ２Ａは、発電した電力をパワーコンディショナー１２の主回路の直流側及びＡＶＲ１１Ａに供給する。

【0047】

ＡＶＲ１１Ａは、第１の実施形態に係るＡＶＲ１１よりも大きい容量の直流電圧を変換及び調整する。その他の点は、第１の実施形態に係るＡＶＲ１１と同様である。

【0048】

本実施形態によれば、グリッド９に電力供給するための複数のＰＶアレイ３のうちの１つをパワーコンディショナー１２の制御電源を供給するための電源として兼用させた制御電源用ＰＶアレイ２Ａにすることで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0049】

なお、各実施形態では、制御電源用のＡＶＲ１１を直流電力から直流電力に変換する変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）としたが、直流電力から交流電力に変換する変換器でもよい。パワーコンディショナー１２の仕様等に合せて適宜変更することができる。

【0050】

さらに、第１の実施形態では、太陽光発電システム１０に用いるパワーコンディショナー１２（インバータ）に電源を供給する構成としたが、異なる方式の発電システムのインバータの電源用に用いてもよい。例えば、風力発電システムに用いるインバータの制御電源として、制御電源用ＰＶアレイ２を設けることで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、連系する電力系統が直流電力系統であれば、発電電力を直流電力に変換するコンバータの制御電源用に用いてもよい。

【0051】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明によれば、電力変換装置に電源を供給するための電源線路の損失を低減することのできる電力変換装置の電源供給装置を提供することができる。

【図1】

【図2】

【図3】