(57)【要約】【課題】本発明は、電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムに関する。【解決手段】本発明の実施形態による電力変換装置は、太陽電池モジュールからの直流電源を変換して、交流電源を系統に出力し、電力変換装置において停電などによる系統電源の異常信号を感知して単独運転を防止することができる。【選択図】図７
2020089262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールから入力される直流電源を交流電源に変換して出力する太陽光モジュール内の電力変換装置において、
前記太陽電池モジュール又はコンバータから入力される直流電源を交流電源に変換して系統に出力するインバータと、
前記インバータから出力される交流電圧の第１周波数変動値を演算し、前記変動値に基づいて、無効電力を選択的に印加し、前記無効電力注入後の前記系統の系統電圧の第２周波数変動値が設定値以上である場合、前記インバータがオフになるように制御する単独運転感知部とを含むことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記単独運転感知部は、
演算された前記第１周波数変動値に応じて、前記印加された無効電力のレベルが可変するように制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記単独運転感知部は、
第１期間の間、前記印加された無効電力のレベルが可変するように制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１期間はランダムに決定されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１期間は、隣接する電力変換装置と重ならないことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記単独運転感知部は、ランダムに前記無効電力を注入することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記注入される前記無効電力は、隣接する電力変換装置で注入される無効電力と異なることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記単独運転感知部は、
現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値を演算し、前記第１周波数変動値に応じて、ランダムに前記無効電力を注入することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記単独運転感知部は、
現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値を演算し、前記第１周波数変動値が基準値以下である場合、前記無効電力の注入を行わないことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記単独運転感知部は、
前記無効電力注入以後の系統電圧周波数と、前記無効電力注入以前の系統電圧周波数の差である第２周波数変動値が前記設定値以上である場合、前記インバータがオフになるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記単独運転感知部は、
前記無効電力注入以後の系統電圧周波数と、前記無効電力注入以前の系統電圧周波数の差である第２周波数変動値が前記設定値以上であり、前記第２周波数変動値が設定値以上である場合が所定回数以上である場合、前記インバータがオフになるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記単独運転感知部は、
前記インバータのオフ後に再起動するとき、前記出力電圧に無効電力が注入されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記単独運転感知部は、
前記無効電力を注入した後、前記無効電力注入以後の系統電圧周波数と、前記の無効電力注入以前の系統電圧の変動値である第２周波数変動値が前記設定値未満である場合、前記無効電力の注入を終了し、第２期間の間、前記無効電力が注入されない交流電圧が出力されるように制御することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記単独運転感知部は、
前記インバータの動作時、前記第１期間の間、出力される電力が一定になるように制御することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記単独運転感知部は、
前記インバータの動作時、前記第１期間及び前記第２期間の間、出力される電力が一定になるように制御することを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記太陽電池モジュールから入力される前記直流電源のレベルを変換して出力するコンバータと
前記インバータから出力される出力電圧を検出する出力電圧検出部とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記系統の電圧情報を受信する通信部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のうちいずれか１項の電力変換装置を備える太陽光モジュール。
【請求項１９】
互いに並列に接続され、系統に交流電圧をそれぞれ出力する複数の太陽光モジュールを備え、
前記複数の太陽光モジュールにそれぞれ前記電力変換装置が備えられ、
前記複数の太陽光モジュールのそれぞれは、請求項１ないし請求項１７のうちいずれか１項の電力変換装置を備えることを特徴とする太陽光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムに関し、より詳しくは、商用系統と連系するとき、単独運転を防止して安定的な交流電圧を系統に出力できる電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光モジュールは複数の太陽電池を備え、太陽電池は直列又は並列で接続されることができる。
【０００３】
一方、太陽光モジュールの電力変換装置は、直流電源を交流電源に変換する。
【０００４】
太陽光モジュールのような分散型電源による交流電源が系統に接続されて電力を供給する場合、事故や安全などの問題により停電して系統が遮断されたとき、電力変換装置がこれを即座に感知できずに電力を系統に供給し続けると、不安定な電力品質の問題及び感電などの安全問題が発生する可能性がある。電力変換装置には、このような単独運転を防止するために単独運転を感知する技術が必須である。
【０００５】
一方、単独運転を感知するために、電力変換装置から出力される有効電力を変動させて単独運転を感知する方法があるが、この場合、最大電力地点が変更されて出力電力の効率が低下する問題がある。また、複数の電力変換装置が並列に接続されると、互いに影響を与えるようになるため、通常の単独運転の検出性能が低下して単独運転が発生する問題が発生する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、太陽電池モジュールの出力を交流に変換する電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムを提供することにある。
【０００７】
本発明の目的は、単独運転を防止する電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムを提供することにある。
【０００８】
本発明の目的は、安定的な交流電圧を系統に出力できる電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、ゲートウェイではなく、電力変換装置内のインバータ内部のアルゴリズムを用いて、電力変換装置の単独運転防止を実現できる電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、無効電力注入により出力電力の変動のない状態で不安定な交流電圧が出力される場合、動作を停止できる電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、互いに並列接続された電力変換装置に無効電力を注入して、出力電力の変動のない状態で単独運転を感知してインバータの動作を停止できる電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するための本発明の実施形態による電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムは、太陽電池モジュールから入力される直流電源を交流電源に変換して出力する太陽光モジュール内の電力変換装置において、太陽電池モジュール又はコンバータから入力される直流電源を交流電源に変換して系統に出力するインバータと、前記インバータの単独運転を感知して前記インバータを系統から分離する単独運転感知部とを含む。
【００１３】
前記単独運転感知部は、系統周波数を検出する周波数検出する段階、前記検出された周波数の変化量に応じて選択的に無効電力を注入する段階、前記無効電力注入以後に前記系統周波数の変化量が所定値以下であると、前記インバータの正常動作を継続し、所定値より大きいと、単独運転状態と判断して前記インバータの動作を停止して系統から遮断する。
【００１４】
前記周波数検出は、電力変換装置のＰＬＬにより系統周波数を推定して行われることができる。
【００１５】
インバータの出力は、系統と同一の位相と周波数を有して同期化された正弦波形態で系統に供給されるが、このために、系統の位相情報を検出するためにＰＬＬが使用される。
【００１６】
従って、ＰＬＬで検出された系統周波数の変動から系統周波数に異常があるか否かを１次に判断する。系統周波数の周波数変動値（Ｅｒｒ）は、以前系統周波数と現在系統周波数の差として求めることができ、この周波数変動値が所定値以上であると、インバータの出力電圧に無効電力が注入されるように制御する。
【００１７】
このとき、ＰＬＬで検出した位相角により周波数の周波数変動値を計算する過程は、本発明のように並列に接続されたインバータごとにそれぞれのＰＬＬが独立的に行われる。
【００１８】
このとき、ＰＬＬの小数点部分はそれぞれのインバータごとに異なるように計算されて、同一値が発生する確率が非常に低いため、並列に接続された各インバータにおいて同一のＥｒｒ値が算出される可能性が少なく、結果的に、各インバータが互いに独立的で非同期な無効電力を印加することになる。これにより、並列に接続されたインバータに印加された無効電力が互いに相殺されて単独運転感知に失敗することがなくなる。
【００１９】
一方、周波数の変動値がないと（Ｅｒｒ＝０）、正常状態と判断して無効電力を注入しない。変動値があると、単独運転であるか否かを判断するために無効電力を注入する。このとき、変動値に応じて進相無効電力又は遅相無効電力の注入量を決定する。
【００２０】
一例として、Ｅｒｒ＝１であると、第１の進相無効電力を、Ｅｒｒ＞１であると、第２の進相無効電力を注入し、Ｅｒｒ＝−１であると、第１の遅相無効電力を、Ｅｒｒ＜−１であると、第２の遅相無効電力を注入する。このとき、変動値が大きいほど注入される量が大きくなる。
【００２１】
一方、系統が連系されている状況では、系統電源の系統周波数が支配する状況であるので、微小な変動量である無効電力を外部から印加しても系統周波数に変化がないが、系統がない状態で無効電力が印加されると、ＰＬＬで検出される周波数の変動量が大きくなる。従って、無効電力の注入後に系統周波数の変動値（Ｇｒｉｄ  Ｅｒｒ）を計算して、これから単独運転の可否を判断することができる。
【００２２】
一方、検出された系統周波数の変動値（Ｇｒｉｄ  Ｅｒｒ）が基準値以上であると、すぐに単独運転を判断せずに、所定期間の間繰り返されて異常と判断される場合に単独運転と判断する。
【００２３】
このために、無効電力の注入後の変動値（Ｇｒｉｄ  Ｅｒｒ）が基準値以上であると、これをカウントし、再び系統周波数検出段階に戻って単独運転の判断を繰り返す。
【００２４】
もし、系統がない場合、再びＰＬＬ動作を繰り返すと、１次無効電力の注入後に周波数差が系統と差がさらに大きくなってＥｒｒ値が増加してより大きな無効電力が印加されて無効電力の注入後の変動値が再び基準値以上になるが、一時的な変動による場合は、再び系統信号が安定してＥｒｒ値が小さくなって周波数変動値が基準値以下になり得る。
【００２５】
一時的な変動ではなく、停電による単独運転状態を判断するために設定した周期の間、基準値以上にカウントされる周期が予め設定した数値以上であると、単独運転を判断してインバータを停止する。実施形態においては、１０回の周期の間該当動作を繰り返してカウントされる異常周期が３回以上であると、単独運転と判断し、そうでないと、正常動作と判断する。
【００２６】
一方、本発明は、複数のインバータが並列に系統に接続された分散電源装置に適用することであり、このとき、前記第１期間は、並列に接続された他の電力変換装置と重ならない。
【００２７】
一方、無効電力の注入時、ランダムにインバータの出力交流電源に無効電力を注入する。
【００２８】
一方、注入される無効電力は、並列に接続される他の電力変換装置で注入される無効電力とは異なる。
【００２９】
一方、制御部は、現在系統電圧周波数と以前系統電圧周波数の差である第１周波数変動値を演算し、第１周波数変動値に応じて、ランダムに無効電力を注入する。
【００３０】
一方、制御部は、現在系統電圧周波数と以前系統電圧周波数との差である第１周波数変動値を演算し、第１周波数変動値が基準値以下である場合、無効電力の注入を行わない。
【００３１】
一方、制御部は、ランダムに無効電力を注入した後、現在系統電圧周波数と以前系統電圧周波数との差である第２周波数変動値が設定値以上である場合、インバータがオフになるように制御する。
【００３２】
一方、制御部は、ランダムに無効電力を注入した後、無効電力注入後の現在系統電圧周波数と以前系統電圧周波数との差である第２周波数変動値が設定値以上であり、第２周波数変動値が設定値以上である場合が所定回数以上である場合、インバータがオフになるように制御する。
【００３３】
一方、制御部は、インバータのオフ後に再起動するとき、出力電圧に無効電力が注入されるように制御する。
【００３４】
一方、制御部は、無効電力を注入した後、現在系統電圧周波数と以前系統電圧周波数の周波数変動値が設定値未満である場合、正常動作と判断してインバータの動作を継続する。
【００３５】
一方、制御部は、インバータの動作時、第１期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。
【００３６】
一方、制御部は、インバータの動作時、第１期間及び第２期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。
【００３７】
一方、前記目的を達成するための本発明の他の実施形態による電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールは、複数のスイッチング素子を備え、コンバータからの直流電源を交流電源に変換する複数のインバータが互いに並列に接続されて系統に接続される装置であり、前記複数のインバータは、それぞれインバータを制御する制御部と、系統周波数の変動に応じて無効電力を注入して単独運転が感知されると、インバータを停止する単独運転感知部とを含む。
【００３８】
インバータから出力される交流電圧の第１周波数変動値を演算し、変動値に基づいて、無効電力を選択的に印加し、無効電力注入後の系統の系統電圧の第２周波数変動値が設定値以上である場合、インバータがオフになるように制御する単独運転感知部を含む。
【００３９】
一方、単独運転感知部は、演算された第１周波数変動値に応じて、印加された無効電力のレベルが可変するように制御することができる。
【００４０】
一方、単独運転感知部は、第１期間の間、印加された無効電力のレベルが可変するように制御することができる。
【００４１】
一方、第１期間は、ランダムに決定される。
【００４２】
一方、第１期間は、隣接する電力変換装置と重ならない。
【００４３】
一方、単独運転感知部は、ランダムに無効電力を注入する。
【００４４】
一方、注入される無効電力は、隣接する電力変換装置で注入される無効電力とは異なる。
【００４５】
一方、単独運転感知部は、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数との差である第１周波数変動値を演算し、第１周波数変動値に応じて、ランダムに無効電力を注入する。
【００４６】
一方、単独運転感知部は、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数との差である第１周波数変動値を演算し、第１周波数変動値が基準値以下である場合、無効電力の注入を行わない。
【００４７】
一方、単独運転感知部は、無効電力を注入した後、無効電力注入以後の系統電圧周波数と無効電力注入以前の系統電圧周波数との差である第２周波数変動値が設定値以上である場合、インバータがオフになるように制御する。
【００４８】
一方、単独運転感知部は、無効電力を注入した後、無効電力注入以後の系統電圧周波数と無効電力注入以前の系統電圧周波数との差である第２周波数変動値が設定値以上であり、第２周波数変動値が設定値以上である場合が所定回数以上である場合、インバータがオフになるように制御する。
【００４９】
一方、単独運転感知部は、インバータのオフ後に再起動するとき、出力電圧に無効電力が注入されるように制御する。
【００５０】
一方、制御部は、無効電力を注入した後、無効電力注入後の系統電圧周波数と無効電力注入以前の系統電圧周波数の変動値である第２周波数変動値が設定値未満である場合、無効電力の注入を終了し、第２期間の間、無効電力が注入されていない交流電圧が出力されるように制御する。
【００５１】
一方、単独運転感知部は、インバータの動作時、第１期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。
【００５２】
一方、単独運転感知部は、インバータの動作時、第１期間及び第２期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。
【００５３】
一方、電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムは、太陽電池モジュールから入力される直流電源のレベルを変換して出力するコンバータと、インバータから出力される出力電圧を検出する出力電圧検出部とをさらに含むことができる。
【００５４】
一方、電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムは、系統電圧情報を受信する通信部をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明の実施形態による電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムは、太陽電池モジュールから入力される直流電源を交流電源に変換して出力する太陽光モジュール内の電力変換装置において、太陽電池モジュール又はコンバータから入力される直流電源を交流電源に変換して系統に出力するインバータと、インバータから出力される交流電圧の第１周波数変動値を演算し、変動値に基づいて無効電力を選択的に印加し、無効電力注入以後の系統の系統電圧の第２周波数変動値が設定値以上である場合、インバータがオフになるように制御する単独運転感知部とを含む。これにより、安定的な交流電圧を系統に出力できるようになる。特に、系統が正常に接続されて無効電力注入により出力電力の変動がない状態と、系統が切れて不安定な交流電圧が出力される場合に、動作を停止させることができる。すなわち、電力変換装置の単独運転を防止できるようになる。従って、系統が安定になる。
【００５６】
一方、単独運転感知部は、並列に接続されたインバータごとにランダムな第１期間の間無効電力を注入して、現在系統周波数と以前系統周波数の周波数変動値に応じて単独運転状態を検出して前記インバータの動作を停止させ、前記インバータの出力を系統と遮断する。
【００５７】
これにより、系統が正常に接続されて無効電力注入により系統周波数の変動がない状態は正常動作と判断し、ランダムな無効電力注入により系統周波数の変動が大きい状態は系統電源が切れたなどの異常状態と判断して、動作を停止させることができる。すなわち、電力変換装置の単独運転を防止できるようになる。
【００５８】
一方、第１期間は、ランダムに決定され、隣接する電力変換装置と重ならない。従って、並列に接続されたインバータにより互いに影響を与えることなく単独運転を検出することができる。
【００５９】
一方、制御部は、ランダムに無効電力を注入する。従って、最大電力地点が変更されないことがあり、出力電力の効率低下を防止できる。
【００６０】
一方、注入される無効電力は、隣接する電力変換装置で注入される無効電力とは異なる。従って、最大電力地点が変更されないことがあり、出力電力の効率低下を防止できる。
【００６１】
一方、制御部は、系統周波数検出部により検出された連続した系統周波数のうち系統周波数の現在値と以前値を比較して系統周波数の差である第１周波数変動値（Ｅｒｒ）を演算し、基準値以上であると、第１周波数変動値に応じて、ランダムに無効電力を注入する。これにより、出力電力の効率低下を防止できるようになる。
【００６２】
一方、制御部は、前記第１周波数変動値が基準値以下である場合、無効電力の注入を行わない。これにより、安定的な交流電圧を系統に出力できるようになる。
【００６３】
一方、制御部は、ランダムに無効電力を注入した後、無効電力注入後の現在系統電圧周波数と以前系統電圧周波数との差である第２周波数変動値（ＧｒｉｄＥｒｒ）を演算し、第２周波数変動値が設定値以上である場合、インバータがオフになるように制御する。これにより、電力変換装置の単独運転を防止できるようになる。
【００６４】
一方、制御部は、ランダムに無効電力を注入した後、系統電圧周波数の現在値の以前値との差である第２周波数変動値が設定値以上であり、第２周波数変動値が設定値以上である場合が所定回数以上である場合、系統電圧がない状態と判断し、インバータがオフになるように制御する。これにより、単独運転を防止することができる。
【００６５】
特に、並列に接続されたインバータの信号が相互作用して実際に系統が切れた状態において単独運転を感知できず、系統に不安定な交流電圧を出力するようになることを防止する。従って、系統が安定し、安全事故に対備することができる。
【００６６】
一方、制御部は、インバータのオフ後に再起動するとき、出力電圧に無効電力が注入されるように制御する。これにより、出力電力の効率低下を防止できるようになる。
【００６７】
一方、制御部は、無効電力を注入した後、無効電力注入以後の系統電圧周波数の以前値と現在値の周波数変動値が設定値未満である場合、正常動作と判断し、インバータを継続して動作させて、安定的な交流電圧を系統に出力できるようになる。
【００６８】
一方、制御部は、インバータの動作時、第１期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。すなわち、有効電力ではなく無効電力に変動を与えるので、有料電力の大きさは同一で安定した波形を維持することにより、出力電力の効率低下を防止できるようになる。
【００６９】
一方、制御部は、インバータの動作時、第１期間及び第２期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。これにより、出力電力の効率低下を防止できるようになる。
【００７０】
一方、本発明の他の実施形態による電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールは、複数のスイッチング素子を備え、コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、インバータを制御し、系統周波数を検出し、出力電圧に無効電力を注入する制御部とを備え、制御部は、インバータの動作時、並列に接続される他の電力変換装置と非同期で、出力電圧に無効電力が注入されるように制御し、無効電力注入後の現在系統電圧周波数と以前系統電圧周波数の周波数変動値が設定値以上である場合、インバータがオフになるように制御する。これにより、安定的な交流電圧を系統に出力できるようになる。
【００７１】
特に、無効電力注入によっても並列に接続された他のインバータとの相互作用により周波数変動が発生しないので、不安定な交流電圧が出力される場合を防止し、インバータの動作を停止できるようになる。すなわち、前記方式を適用すると、多数の並列に接続された電力変換装置の単独運転を防止できるようになる。従って、系統が安定になる。
【００７２】
本発明の実施形態による電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールは、複数のスイッチング素子を備え、コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、インバータを制御し、出力交流電源に無効電力を注入する制御部とを備え、前記制御部は、ランダムな第１期間の間無効電力を注入して、前記ゲートウェイから収集された現在系統周波数と以前系統周波数の周波数変動値に応じて単独運転状態を検出して前記インバータの動作を停止させて前記インバータの出力を系統と遮断する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１ａ】従来の単独運転防止技術が適用された太陽光モジュールを含む太陽光システムを示す図である。
【図１ｂ】図１ａの太陽光モジュールの動作説明に参照される図である。
【図１ｃ】図１ａの太陽光モジュールの動作説明に参照される図である。
【図１ｄ】図１ａの太陽光モジュールの動作説明に参照される図である。
【図２ａ】本発明の実施形態による太陽光モジュールを含む太陽光システムの例を示す図である。
【図２ｂ】本発明の実施形態による太陽光モジュールを含む太陽光システムの例を示す図である。
【図２ｃ】図２ａ又は図２ｂの説明に参照される図である。
【図３】本発明の実施形態による太陽光モジュールの正面図である。
【図４】図３の太陽光モジュールの背面図である。
【図５】図３の太陽光モジュール内の電力変換装置の回路図を示す図である。
【図６】図５の制御部の内部ブロック図の一例である。
【図７】本発明の実施形態による電力変換装置の動作方法を示すフローチャートである。
【図８】図７の動作方法の説明に参照される図である。
【図９】図７の動作方法の説明に参照される図である。
【図１０】図７の動作方法の説明に参照される図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
本明細書においては、太陽光モジュール内のコンバータに入力される入力電流のリップルを低減できる方案を提示する。
【００７５】
以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００７６】
以下の説明において使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」及び「部」は、単に本明細書の作成の容易さのみが考慮されて与えられるものであり、それ自体で特に重要な意味又は役割を有するものではない。従って、前記「モジュール」及び「部」は互いに混用されて使用されてもよい。
【００７７】
図１ａは、従来の単独運転防止技術が適用された太陽光モジュールを含む太陽光システムを示す図であり、図１ｂないし図１ｄは、図１ａの太陽光モジュールの動作説明に参照される図である。
【００７８】
図１に示すように、太陽光システム１０ｘは、複数の太陽光モジュール５０ａｘ、５０ｂｘ、．．．、５０ｎｘを備える。
【００７９】
複数の太陽光モジュール５０ａｘ、５０ｂｘ、．．．、５０ｎｘは、互いに並列接続され、複数の太陽光モジュール５０ａｘ、５０ｂｘ、．．．、５０ｎｘからそれぞれ出力される交流電圧Ｖａｃ１ｘ、Ｖａｃ２ｘ、．．．、Ｖａｃｎｘがケーブル（ＣＡＢｃｏ）を介してグリッド９０に供給される。
【００８０】
一方、複数の太陽光モジュール５０ａｘ、５０ｂｘ、．．．、５０ｎｘのそれぞれは、直流電圧Ｖｄｃ１ｘ、Ｖｄｃ２ｘ、．．．、Ｖｄｃｎｘを出力する太陽電池モジュール１００ａｘ、１００ｂｘ、．．．、１００ｎｘと、交流電圧Ｖａｃ１ｘ、Ｖａｃ２ｘ、．．．、Ｖａｃｎｘを出力する電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘとを備える。
【００８１】
一方、図１ａの太陽光システム１０ｘ内の複数の太陽光モジュール５０ａｘ、５０ｂｘ、．．．、５０ｎｘは、系統９０に接続された系統連系型太陽光モジュールである。
【００８２】
特に、複数の電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘからそれぞれの交流電圧Ｖａｃ１ｘ、Ｖａｃ２ｘ、．．．、Ｖａｃｎｘを出力する。
【００８３】
一方、各電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘは、系統電圧周波数や位相によって制御されて認定された信号を系統に供給するが、系統の停電や事故などにより系統電圧が切れた状態になると、各電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘの出力のレベルや位相、周波数が揺らぐようになり、不安定な信号が系統に継続して供給される単独運転状態になって、感電などの安全事故の問題が発生する。この問題を防止するために、系統電源の停電などを感知して電力変換装置の動作を停止させる単独運転防止技術が必要である。
【００８４】
特に、複数の電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘが互いに並列に接続された場合、それぞれ異なる交流電圧Ｖａｃ１ｘ、Ｖａｃ２ｘ、．．．、Ｖａｃｎｘを出力すると、系統に異常が発生したときに、系統電圧ではない他の電力変換装置の信号を系統と認識して該当電圧の周波数と位相に同期させる不安定な出力を継続して系統に供給される現象が発生しやすい。
【００８５】
従って、複数の電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘに対する単独運転が行われないようにすることが重要である。
【００８６】
一方、従来の単独運転防止方案として、複数の電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘから出力される交流電圧の有効電力に変動を付加し、これによる系統信号の変化を感知して系統信号の有無を感知する方案がある。
【００８７】
このような有効電力を付加する方案は、特に、複数の電力変換装置５００ａｘ、５００ｂｘ、．．．、５００ｎｘから出力される出力電圧を検出し、これに基づいて系統電圧の安定化のために有効電力を付加する。
【００８８】
図１ｂは、従来の有効電力付加方案に従って、電力変換装置５００ｘにおいて、出力電圧を検出することを例示する。
【００８９】
図面を参照すると、電力変換装置５００ｘは、太陽電池モジュールからの直流電圧のレベルを変換するコンバータ５３０ｘと、コンバータ５３０ｘからの直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ５４０ｘと、インバータ５４０ｘを制御する制御部５５０と、インバータ５４０ｘの出力電圧を検出する電圧検出部Ｆｘとを備える。
【００９０】
図１ｃは、従来の有効電力付加方案に従って、電力変換装置５００ｘにおいて、有効電力が付加され、これによる出力電圧波形を例示する。
【００９１】
図１ｃの（ａ）は有効電力波形を示し、図１ｃの（ｂ）は出力電圧波形Ｖａｃｘを示す。
【００９２】
図面を参照すると、Ｔａｘ時点まで有効電力はＰ１ｘに設定され、Ｔａｘ時点からＴｂｘまで有効電力はＰ１ｘより高いＰ２ｘに設定され、Ｔｂｘ時点からＴｃｘまで有効電力はＰ１ｘより低いＰ３ｘに設定され、Ｔｃｘ時点からＴｄｘまで有効電力はＰ１ｘに設定されることを例示する。
【００９３】
このような有効電力が付加される場合、Ｔａｘ時点までの出力電圧波形Ｖａｃｘのピーク値はＶｐｌｃ１ｘとして現れ、Ｔａｘ時点からＴｂｘまで出力電圧波形Ｖａｃｘのピーク値はＶｐｌｃ１ｘより高いＶｐｌｃ２ｘとして現れ、Ｔｂｘの時点からＴｃｘまで出力電圧波形Ｖａｃｘのピーク値はＶｐｌｃ１ｘより低いＶｐｌｃ３ｘとして現れ、Ｔｃｘ時点からＴｄｘまで出力電圧波形Ｖａｃｘのピーク値はＶｐｌｃ１ｘとして現れる。
【００９４】
このように、有効電力が付加される場合、系統電圧の安定化は図れるが、出力電圧波形Ｖａｃｘのピーク値などが多様に現れるので、これを検出するために、電圧検出部Ｆｘの性能が高性能でなければならない短所がある。
【００９５】
一方、図１ｄは、有効電力付加によって、最大電力地点が可変することを例示する。
【００９６】
図面を参照すると、有効電力を付加する前に、最大電力地点はｍｐｐ１として、最大電力はＰｍｐｐ１として現れることができる。
【００９７】
しかしながら、図１ｃに示すように、多様なレベルの有効電力を付加するとき、Ｖｍｐｐ１ではなく、Ｖｍｐｐ２、Ｖｍｐｐ３などに電圧レベルが可変されるので、最大電力地点も可変され、従って、最大電力は、Ｐｍｐｐ１より低い、Ｐｍｐｐ２、Ｐｍｐｐ３などとして現れることがある。
【００９８】
従って、有効電力が付加される場合、最大電力地点追従（ＭＰＰＴ）制御によって、動作する電力変換装置５００ｘの効率が低くなる短所がある。
【００９９】
本発明においては、系統電圧安定化のために、有効電力付加方案ではなく、無効電力付加案を提示する。特に、継続的な無効電力付加ではなく、ランダムに所定期間の間のみ無効電力を付加して、系統電圧安定化を図るとともに、電力変換装置の効率低下を防止する方案を提示する。これについては、以下を参照して記述する。
【０１００】
図２ａ及び図２ｂは、本発明の実施形態による太陽光モジュールを含む太陽光システムの多様な例を示す図であり、図２ｃは、図２ａ又は図２ｂの説明に参照される図である。
【０１０１】
まず、図２ａを参照すると、本発明の実施形態による太陽光システム１０は、複数の太陽光モジュール５０ａ、５０ｂ、．．．、５０ｎを備える。
【０１０２】
一方、複数の太陽光モジュール５０ａ、５０ｂ、．．．、５０ｎは、互いに並列接続され、複数の太陽光モジュール５０ａ、５０ｂ、．．．、５０ｎからそれぞれ出力される交流電圧Ｖａｃ１、Ｖａｃ２、．．．、ＶａｃｎがケーブルＣＡＢｃｏを介してグリッド９０に供給されることができる。
【０１０３】
一方、複数の太陽光モジュール５０ａ、５０ｂ、．．．、５０ｎのそれぞれは、直流電圧Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２、．．．、Ｖｄｃｎを出力する太陽電池モジュール１００ａ、１００ｂ、．．．、１００ｎと、交流電圧Ｖａｃ１、Ｖａｃ２、．．．、Ｖａｃｎを出力する電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎとを備える。
【０１０４】
一方、電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎは、それぞれ単独運転防止のための単独運転感知部５５０ａ、５５０ｂ、．．．、５５０ｎを備える。
【０１０５】
一方、図２ａの太陽光システム１０内の複数の太陽光モジュール５０ａ、５０ｂ、．．．、５０ｎは、系統９０に接続された系統連系型太陽光モジュールである。
【０１０６】
特に、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎからそれぞれの交流電圧Ｖａｃ１、Ｖａｃ２、．．．、Ｖａｃｎを出力する。
【０１０７】
一方、単独運転防止のために、通常は、ゲートウェイにおいて系統状態情報を受信して、系統電力が停止されているか否かを判断し、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎに情報を与えると、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎ内の各インバータは、当該情報に基づいて運転を停止して、容易に単独運転を防止することができる。
【０１０８】
一方、本発明は、ゲートウェイではなく、電力変換装置内の単独運転感知部５５０ａ、５５０ｂ、．．．、５５０ｎの内部のアルゴリズムを利用して、電力変換装置の単独運転防止を実現することに目的がある。
【０１０９】
例えば、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎが動作するとき、系統がない単独運転状態になると、一部の電力変換装置が動作する場合、一部の動作する電力変換装置を系統と認識するようになって、制限された時間内に動作を止めない可能性がある。
【０１１０】
従って、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎに対する単独運転が制限された時間以内にのみ行われるようにすることが重要である。すなわち、制限された時間以後には、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎに対する単独運転が行われないようにすることが重要である。
【０１１１】
これにより、本発明の実施形態による複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、インバータ５４０の動作時、第１期間の間、出力電圧に無効電力が注入されるように制御し、無効電力注入後の系統電圧周波数と、無効電力注入以前の系統電圧周波数の変動値が設定値以上である場合、インバータ５４０がオフになるように制御する。
【０１１２】
これにより、安定的な交流電圧を系統に出力できるようになる。特に、無効電力注入により出力電力の変動がない状態で不安定な交流電圧が出力される場合、動作を停止させることが可能となる。すなわち、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎが並列接続された場合、各電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎの単独運転を防止できるようになる。従って、系統が安定になる。
【０１１３】
特に、本発明の実施形態による単独運転感知部５５０ａ、５５０ｂ、．．．、５５０ｎは、インバータから出力される交流電圧の第１周波数変動値を演算し、変動値に基づいて、無効電力を選択的に印加し、無効電力注入後の系統の系統電圧の第２周波数変動値が設定値以上である場合、インバータがオフになるように制御することができる。
【０１１４】
一方、本発明の実施形態による単独運転感知部５５０ａ、５５０ｂ、．．．、５５０ｎは、演算された第１周波数変動値に応じて、印加される無効電力のレベルが可変するように制御することができる。
【０１１５】
一方、本発明の実施形態による単独運転感知部５５０ａ、５５０ｂ、．．．、５５０ｎは、第１期間の間、印加された無効電力のレベルが可変するように制御することができる。
【０１１６】
一方、単独運転感知部５５０ａ、５５０ｂ、．．．、５５０ｎは、後述する電力変換装置内の制御部に対応することができる。
【０１１７】
一方、第１期間はランダムに決定され、隣接する電力変換装置と重ならないことが好ましい。
【０１１８】
前記第１期間をランダムに決定するために、本発明においては、インバータの出力電圧を制御するＤＳＰで実現される制御部５５０内のＰＬＬを利用することができる。ＰＬＬは、出力電圧の位相を感知することができ、特に、ソフトウェア的に駆動されることができる。
【０１１９】
一方、ＰＬＬの小数項がランダムに現れる点を利用して、前記小数項によって無効電力が印加される期間を定めると、他のインバータの出力と重なる確率がほとんどない無効電力の変動分が印加される。
【０１２０】
これにより、無効電力の印加時、隣接する電力変換装置と重ならないようになるため、系統が安定になる。
【０１２１】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、ランダムに無効電力を注入する。従って、最大電力地点が変更されなく、出力電力の効率低下を防止することができる。
【０１２２】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値を演算し、第１周波数変動値に応じて、ランダムに無効電力を注入する。これにより、出力電力の効率低下を防止することができる。
【０１２３】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値を演算し、第１周波数変動値が基準値以下である場合、無効電力の注入を行わない。これにより、安定的な交流電圧を系統に出力することができる。
【０１２４】
一方、図２ｃは、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値を示す図である。
【０１２５】
図２ｃにおいて、Ｅｒｒ０は第１周波数変動値が０である場合を示し、Ｅｒｒａ１は第１周波数変動値がレベル１である場合を示し、Ｅｒｒａ２は第１周波数変動値がレベル２である場合を示し、Ｅｒｒｂ１は第１周波数変動値がレベル−１である場合を示し、Ｅｒｒｂ２は第１周波数変動値がレベル−２である場合を示す。
【０１２６】
これにより、本発明においては、Ｅｒｒ０のように、Ｅｒｒ＝０の場合に無効電力の注入を行わない。
【０１２７】
一方、Ｅｒｒａ１に対応するＥｒｒ＝１又はＥｒｒａ２に対応するＥｒｒ＞１である場合、以前出力電圧の周波数による波形より現在出力電圧の周波数による波形が進相であると判断して進相無効電力を変動値として出力電圧に付加することができる。
【０１２８】
一方、Ｅｒｒｂ１に対応するＥｒｒ＝−１又はＥｒｒｂ２に対応するＥｒｒ＜−１である場合、以前出力電圧の周波数による波形より現在出力電圧の周波数による波形が遅相である判断して、遅相無効電力を変動値として出力電圧に付加することができる。
【０１２９】
無効電力の値は、第１周波数変動値が大きいほど大きな値を印加することができる。第１周波数変動値の演算は、それぞれ並列に接続されたインバータのＰＬＬにおいて行なわれるので、ＰＬＬの小数点がインバータごとに異なるため、相異なるＥｒｒ値を有するようになり、これにより、無効電力の注入がランダムに行われる。
【０１３０】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、ランダムに無効電力を注入した後、系統電圧周波数の以前値と現在値を比較して、その差である第２周波数変動値（Ｇｒｉｄ  Ｅｒｒ）が設定値以上である場合に、単独運転状態と判断し、インバータ５４０がオフになるように制御する。これにより、安定的な交流電圧を系統に出力できる。
【０１３１】
このために、第２周波数変動値が設定値以上である場合は１とカウントし、設定値以下である場合は０とカウントし、前記最初の段階に戻って繰り返す。第１周波数変動値の変動幅が大きくなると、再び無効電力を印加し、それによる第２周波数変動値を検出して設定値以上である場合は前記カウント値を増加させる。
【０１３２】
前記過程を所定期間の間繰り返し、期間内にカウントされた値が予め設定した値以上であると、単独運転状態と判断してインバータをオフにする。
【０１３３】
一方、単独運転感知部５５０は、インバータ５４０のオフ後に再起動するとき、出力電圧に無効電力が注入されるように制御する。これにより、出力電力の効率低下を防止することができる。
【０１３４】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、無効電力を注入した後、現在系統電圧周波数と、以前系統電圧周波数の周波数変動値が設定値未満である場合、系統電源が正常に接続されていると判断して、安定的な交流電圧を系統に出力する。
【０１３５】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、インバータ５４０の動作時、第１期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。これにより、出力電力の効率低下を防止することができる。
【０１３６】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、インバータ５４０の動作時、第１期間及び第２期間の間、出力される電力が一定になるように制御する。これにより、出力電力の効率低下を防止することができる。
【０１３７】
一方、複数の電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎのそれぞれは、インバータ５４０の動作時、隣接する電力変換装置５００と非同期で、出力電圧に無効電力が注入されるように制御し、無効電力注入後の系統電圧周波数と、無効電力注入以前の系統電圧周波数の変動値が設定値以上である場合、インバータ５４０がオフになるように制御する。これにより、安定的な交流電圧を系統に出力できるようになる。特に、有効電力に影響を与えない無効電力注入を選択的に行うことにより、インバータの有効出力電力の変動がない状態で不安定な交流電圧が出力される場合、動作を停止させることが可能となる。すなわち、電力変換装置５００の単独運転を防止することができる。従って、系統が安定になる。
【０１３８】
次に、図２ｂに示すように、本発明の実施形態による太陽光システム１０ｂは、複数の太陽光モジュール５０ａ、５０ｂ、．．．、５０ｎと、ゲートウェイ８０を備える。
【０１３９】
図２ｂの太陽光システム１０ｂは、図２ａの太陽光システム１０と類似し、以下ではその相違点を中心に記述する。
【０１４０】
ゲートウェイ８０は、グリッド９０電圧を検出し、グリッド電圧に関する情報ＩＶｇを、各複数の太陽光モジュール５０ａ、５０ｂ、．．．、５０ｎ、特に、各電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎに伝送することができる。
【０１４１】
例えば、グリッド電圧に関する情報ＩＶｇの伝送のために、ゲートウェイ８０と、各電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎは、電力線通信を行うことができる。
【０１４２】
他の例として、グリッド電圧に関する情報ＩＶｇの伝送のために、ゲートウェイ８０と、各電力変換装置５００ａ、５００ｂ、．．．、５００ｎは、無線通信を行うことができる。
【０１４３】
図３は、本発明の実施形態による太陽光モジュールの正面図であり、図４は、図３の太陽光モジュールの背面図である。
【０１４４】
図面を参照すると、本発明の実施形態による太陽光モジュール５０は、太陽電池モジュール１００と、太陽電池モジュール１００の背面に位置するジャンクションボックス２００を含むことができる。
【０１４５】
ジャンクションボックス２００は、電力変換のために電力変換装置（図５の５００）を備える。
【０１４６】
図５などにおいては、電力変換装置（図５の５００）が、図３の４つの太陽電池ストリングに対応して、３つのバイパスダイオード（図５のＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を備えることを例示する。
【０１４７】
一方、太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池を備える。
【０１４８】
図面においては、複数の太陽電池がリボンにより一列に接続されて、太陽電池ストリング１４０が形成されることを例示する。これにより、６つのストリング１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆが形成され、各ストリングは１０個の太陽電池を備えることを例示する。一方、図面とは異なり、様々な変形が可能である。
【０１４９】
一方、各太陽電池ストリングは、バスリボンにより電気的に接続されることができる。図３は、太陽電池モジュール１００の下部に配置されるバスリボン１４５ａ、１４５ｃ、１４５ｅにより、それぞれ第１太陽電池ストリング１４０ａと第２太陽電池ストリング１４０ｂが、第３太陽電池ストリング１４０ｃと第４太陽電池ストリング１４０ｄが、第５太陽電池ストリング１４０ｅと第６太陽電池ストリング１４０ｆが電気的に接続されることを例示する。
【０１５０】
また、図３は、太陽電池モジュール１００の上部に配置されるバスリボン１４５ｂ、１４５ｄにより、それぞれ第２太陽電池ストリング１４０ｂと第３太陽電池ストリング１４０ｃが、第４太陽電池ストリング１４０ｄと第５太陽電池ストリング１４０ｅが電気的に接続されることを例示する。
【０１５１】
一方、第１ストリングに接続されたリボン、バスリボン１４５ｂ、１４５ｄ、及び第４ストリームに接続されたリボンは、それぞれ第１ないし第４導電性ライン（図示せず）に電気的に接続され、第１ないし第４導電性ライン（図示せず）は、太陽電池モジュール１００に形成された開口を介して、太陽電池モジュール１００の背面に配置されるジャンクションボックス２００内のバイパスダイオード（図５のＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ）と接続されることができる。
【０１５２】
このとき、太陽電池モジュール１００に形成された開口は、ジャンクションボックス２００が位置する領域に対応して形成されることができる。
【０１５３】
図５は、図３の太陽光モジュール内の電力変換装置の回路図を示す図である。
【０１５４】
図面を参照すると、電力変換装置５００は、図４のジャンクションボックス２００内に備えられることができる。
【０１５５】
電力変換装置５００は、太陽電池モジュール１００からの直流電源を変換して変換された電源を出力することができる。
【０１５６】
このために、電力変換装置５００は、コンバータ５３０、インバータ５４０、及びこれを制御する制御部５５０、通信部５８０を含むことができる。
【０１５７】
また、電力変換装置５００は、バイパスのためのバイパスダイオード部５１０、直流電源の格納のためのキャパシタ部５２０、出力される交流電源のフィルタリングのためのフィルタ部５７０をさらに含むことができる。
【０１５８】
一方、電力変換装置５００は、入力電流検出部Ａ、入力電圧検出部Ｂ、コンバータ出力電流検出部Ｃ、コンバータ出力電圧検出部Ｄ、インバータ出力電流検出部Ｅ、インバータ出力電圧検出部Ｆをさらに備える。
【０１５９】
一方、制御部５５０は、コンバータ５３０及びインバータ５４０を制御することができる。
【０１６０】
バイパスダイオード部５１０は、太陽電池モジュール１００の第１ないし第４導電性ライン（図示せず）間に、それぞれ配置されるバイパスダイオードＤｃ、Ｄｂ、Ｄａを備える。このとき、バイパスダイオードの個数は１つ以上であり、導電性ラインの個数より１つ少ないことが好ましい。
【０１６１】
バイパスダイオードＤｃ、Ｄｂ、Ｄａは、太陽電池モジュール１００から、特に、太陽電池モジュール１００内の第１ないし第４導電性ライン（図示せず）から太陽光直流電源が入力される。そして、バイパスダイオードＤｃ、Ｄｂ、Ｄａは、第１ないし第４導電性ライン（図示せず）のうち少なくとも１つからの直流電源において逆電圧が発生する場合、バイパスさせることができる。
【０１６２】
一方、バイパスダイオード部５１０を経た直流電源は、キャパシタ部５２０で入力される。
【０１６３】
キャパシタ部５２０は、太陽電池モジュール１００及びバイパスダイオード部５１０を経て入力される入力直流電源を格納することができる。
【０１６４】
一方、図面においては、キャパシタ部５２０が互いに並列接続結される複数のキャパシタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃを備えることを例示しているが、これと異なり、複数のキャパシタが、直並列の混合で接続されるか、直列に接地端に接続されることも可能である。または、キャパシタ部５２０が１つのキャパシタのみを備えることも可能である。
【０１６５】
コンバータ５３０は、バイパスダイオード部５１０とキャパシタ部５２０を経た、太陽電池モジュール１００からの入力電圧のレベルを変換することができる。
【０１６６】
特に、コンバータ５３０は、キャパシタ部５２０に格納された直流電源を利用して、電力変換を行うことができる。
【０１６７】
一方、コンバータ５３０内のスイッチング素子は、制御部５５０からのコンバータスイッチング制御信号に基づいて、ターンオン／オフ動作することができる。これにより、レベル変換された直流電源が出力できる。
【０１６８】
インバータ５４０は、コンバータ５３０において変換された直流電源を交流電源に変換することができる。
【０１６９】
図面においては、フルブリッジインバータ（ｆｕｌｌ−ｂｒｉｄｇｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）を例示する。すなわち、それぞれ互いに直列接続される上アームスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３及び下アームスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４が一対となり、合計２対の上、下アームスイッチング素子が互いに並列（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）に接続される。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４にはダイオードが逆並列に接続されることができる。
【０１７０】
インバータ５４０内のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、制御部５５０からのインバータスイッチング制御信号に基づいて、ターンオン／オフ動作することができる。これにより、所定周波数を有する交流電源が出力できる。好ましくは、グリッド（ｇｒｉｄ）の交流周波数と同一の周波数（約６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ）を有することが好ましい。
【０１７１】
一方、キャパシタＣは、コンバータ５３０とインバータ５４０との間に配置されることができる。
【０１７２】
キャパシタＣは、コンバータ５３０のレベル変換された直流電源を格納することができる。一方、キャパシタＣの両端をｄｃ端と称してもよく、これにより、キャパシタＣはｄｃ端キャパシタと称してもよい。
【０１７３】
一方、入力電流検出部Ａは、太陽電池モジュール１００からキャパシタ部５２０に供給される入力電流ｉｃ１を感知することができる。
【０１７４】
一方、入力電圧検出部Ｂは、太陽電池モジュール１００からキャパシタ部５２０に供給される入力電圧Ｖｃ１を感知することができる。ここで、入力電圧Ｖｃ１は、キャパシタ部５２０の両端に格納された電圧と同一であり得る。
【０１７５】
感知された入力電流ｉｃ１と入力電圧ｖｃ１は、制御部５５０に入力されることができる。
【０１７６】
一方、コンバータ出力電流検出部Ｃは、コンバータ５３０から出力される出力電流ｉｃ２、すなわち、ｄｃ端電流を感知し、コンバータの出力電圧検出部Ｄは、コンバータ５３０から出力される出力電圧ｖｃ２、すなわち、ｄｃ端電圧を感知する。感知された出力電流ｉｃ２と出力電圧ｖｃ２は、制御部５５０に入力されることができる。
【０１７７】
一方、インバータ出力電流検出部Ｅは、インバータ５４０から出力される電流ｉｃ３を感知し、インバータ出力電圧検出部Ｆは、インバータ５４０から出力される電圧ｖｃ３を感知する。検出された電流ｉｃ３と電圧ｖｃ３は、制御部５５０に入力される。
【０１７８】
一方、制御部５５０は、コンバータ５３０のスイッチング素子を制御する制御信号を出力することができる。特に、制御部５５０は、検出された入力電流ｉｃ１、入力電圧ｖｃ１、出力電流ｉｃ２、出力電圧ｖｃ２、出力電流ｉｃ３、又は出力電圧ｖｃ３のうち少なくとも１つに基づいて、コンバータ５３０内のスイッチング素子のターンオンタイミング信号を出力することができる。
【０１７９】
一方、制御部５５０は、インバータ５４０の各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御するインバータ制御信号を出力することができる。特に、制御部５５０は、検出された入力電流ｉｃ１、入力電圧ｖｃ１、出力電流ｉｃ２、出力電圧ｖｃ２、出力電流ｉｃ３、又は出力電圧ｖｃ３のうち少なくとも１つに基づいて、インバータ５４０の各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のターンオンタイミング信号を出力することができる。
【０１８０】
一方、制御部５５０は、太陽電池モジュール１００に対する最大電力地点を演算し、それにより、最大電力に該当する直流電源を出力するように、コンバータ５３０を制御することができる。
【０１８１】
一方、フィルタ部５７０は、インバータ５４０の出力端に配置されることができる。
【０１８２】
そして、フィルタ部５７０は、複数の受動素子を含み、複数の受動素子のうち少なくとも一部に基づいて、インバータ５４０から出力される交流電流ｉｏと交流電圧ｖｏとの間の位相差を調整することができる。
【０１８３】
一方、フィルタ部５７０の出力端に、系統ケーブルＣＡＢｃに接続される第１ケーブル３１が電気的に接続されることができる。
【０１８４】
通信部５８０は、電力線通信又は無線通信などにより、外部のゲートウェイ８０などと通信を行うことができる。
【０１８５】
特に、通信部５８０は、ゲートウェイ８０から系統電圧関連情報ＩＶｇを受信することができる。ここで、系統電圧関連情報ＩＶｇは、系統電圧のレベル、位相、周波数などを含むことができる。
【０１８６】
図６は、図５の制御部の内部ブロック図の一例である。
【０１８７】
図面を参照すると、制御部５５０は、カウンタ５５１、第１周波数変動値演算部５５２、メモリ５５４、第２周波数変動値演算部５５６、無効電力注入部５５３、動作停止部５５７を備える。
【０１８８】
カウンタ５５１は、出力電圧検出部Ｆにおいて検出される出力電圧情報ＩＶａｃの１周期の間の周波数をカウントすることができる。通常制御部は、ＤＳＰで構成され、ＤＳＰ内には基準となる入力信号に同期した信号を出力するＰＬＬ部を有する。
【０１８９】
インバータの出力は系統電圧と一致しなければならないので、ＰＬＬにより系統電圧による出力電圧の周波数を検出する。この情報により、ＰＷＭ装置から入力されるＤＣ電源を系統電圧周波数に合う振幅と位相に合うＡＣ出力として生成して出力するようになるが、本発明においては、この周波数情報の偏差によって単独運転を判断する。
【０１９０】
第１周波数変動値演算部５５２は、ＰＬＬにおいて演算した周波数に基づいて、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値Ｅｒｒを演算することができる。以前出力電圧の周波数は、メモリ５５４に格納された値であり得る。
【０１９１】
無効電力注入部５５３は、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値に応じて、無効電力を注入するように制御信号Ｓｉｐを出力することができる。
【０１９２】
特に、無効電力注入部５５３は、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値によって、ランダムに無効電力を注入することができる。
【０１９３】
例えば、無効電力注入部５５３は、第１周波数変動値の大きさが大きいほど、注入される無効電力の大きさが大きくなるが、注入される無効電力の印加期間が長くなるように制御することができる。
【０１９４】
一方、無効電力注入部５５３は、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値が基準値超過である場合にのみ、無効電力を注入することもできる。
【０１９５】
すなわち、無効電力注入部５５３は、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値が基準値以下である場合、無効電力の注入を行わないことがある。
【０１９６】
メモリ５５４は、以前出力電圧の周波数を格納することができる。また、メモリ５５４は、無効電力注入以前の系統電圧周波数を格納することができる。
【０１９７】
第２周波数変動値演算部５５６は、無効電力を注入した後、無効電力注入後の系統電圧周波数と無効電力注入以前の系統電圧周波数の差である第２周波数変動値を演算することができる。
【０１９８】
ここで、無効電力注入以前の系統電圧周波数は、メモリ５５４に格納されたものであり得る。
【０１９９】
一方、動作停止部５５７は、第２周波数変動値演算部５５６において演算された第２周波数変動値が設定値以上である場合、インバータ５４０がオフになるように、動作停止信号Ｓｓｔを出力することができる。これにより、インバータ５４０がオフになって、動作が停止するようになる。
【０２００】
図７は、本発明の実施形態による電力変換装置の動作方法を示すフローチャートであり、図８ないし図１０は、図７の動作方法の説明に参照される図である。
【０２０１】
まず、図７に示すように、初期に、電力変換装置５００の動作をオンさせる（Ｓ７１０）。
【０２０２】
制御部５５０は、インバータ５５０などに制御信号Ｓｉｃを出力し、インバータ５５０などが動作して、電力変換装置５００の動作がオンになるように制御することができる。
【０２０３】
次に、制御部５５０は、電力変換装置５００の単独運転を防止するために、無効電力の注入が、各インバータごとにランダムに行われるように制御することができる。
【０２０４】
図９の（ａ）は、電源オン時点Ｔｐｏｎ以後に、第１電力変換装置５００ａにおいて、無効電力可変モードＭＤ１が第１期間Ｐｋｎａの間行われることを例示する。
【０２０５】
一方、無効電力可変モードＭＤ１は一時的に行われ、無効電力可変モードＭＤ１の終了後、無効電力付加なしに、出力交流電圧を系統に出力する発電モードＭＤ２が、第２期間Ｐｌｎａの間行われることができる。
【０２０６】
一方、図９の（ｂ）は、電源オン時点Ｔｐｏｎ以後に、第２電力変換装置５００ｂにおいて、無効電力付加なしに、出力交流電圧を系統に出力する発電モードＭＤ２が２期間Ｐｌｎｂの間行われてから、その以後、無効電力可変モードＭＤ１が、第１期間Ｐｋｎｂの間行われることを例示する。
【０２０７】
一方、図９の（ｃ）は、電源オン時点Ｔｐｏｎ以後に、第３電力変換装置５００ｃにおいて、無効電力付加なしに、出力交流電圧を系統に出力する発電モードＭＤ２が２期間Ｐｌｎｃの間行われてから、その以後、無効電力可変モードＭＤ１が、第１期間Ｐｋｎｃの間行われることを例示する。
【０２０８】
一方、無効電力可変モードが行われる第１期間は、図９に示すように、複数の電力変換装置５００ａ〜５００ｃにおいて、互いに重ならないことが好ましい。
【０２０９】
すなわち、複数の電力変換装置５００ａ〜５００ｃのそれぞれは、他の隣接する複数の電力変換装置と非同期で、第１期間の間、出力電圧に無効電力を注入することができる。従って、系統安定性が向上できる。
【０２１０】
一方、制御部５５０は、単独運転を感知するか否かによってインバータを動作又は停止させるようにインバータのスイッチング部を制御することができる。
【０２１１】
一方、制御部５５０は、無効電力可変モードがオンになるか否かを判断し（Ｓ７１５）、該当する場合、出力電圧検出部Ｆにおいて検出される出力電圧情報ＩＶａｃを受信し（Ｓ７２０）、出力交流電圧の周波数を演算することができる（Ｓ７２５）。
【０２１２】
そして、制御部５５０、特に、第１周波数変動値演算部５５２は、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値を演算する（Ｓ７３０）。
【０２１３】
そして、制御部５５０、特に、無効電力注入部５５３は、第１周波数変動値に応じて、無効電力を注入する（Ｓ７３５）。
【０２１４】
一方、制御部５５０、特に、無効電力注入部５５３により注入される無効電力は、隣接する電力変換装置で注入される無効電力と異なることが好ましい。これにより、系統電圧を安定化させることができる。
【０２１５】
次に、制御部５５０は、通信部５８０において受信される系統電圧関連情報ＩＶｇを受信することができる（Ｓ７３７）。
【０２１６】
次に、制御部５５０、特に、第２周波数変動値演算部５５６は、無効電力注入後の系統電圧周波数と、無効電力注入以前の系統電圧周波数の差である第２周波数変動値を演算する（Ｓ７４０）。
【０２１７】
次に、制御部５５０、特に、動作停止部５５７は、第２周波数変動値が設定値以上であり、特に、設定値以上である場合が所定回数以上である場合（Ｓ７４５）、インバータ５４０がオフになるように制御する。特に、動作停止信号Ｓｓｔを出力できる。
【０２１８】
一時的な変動ではなく、停電による単独運転状態を判断するために設定した周期の間、基準値以上にカウントされる周期が予め設定した数値以上であると、単独運転を判断してインバータを停止する。実施形態においては、１０回の周期の間該当動作を繰り返してカウントされる異常周期が３回以上であると、単独運転と判断し、そうでないと、正常動作と判断する。
【０２１９】
一方、制御部５５０は、インバータ５４０のオフ後に再起動されるとき、出力電圧に無効電力が注入されるように制御することができる。
【０２２０】
このとき、図９の（ａ）に示すように、電源オン時点Ｔｐｏｎ以後に、第１電力変換装置５００ａにおいて、無効電力可変モードＭＤ１が、第１期間Ｐｋｎａの間、再び行われることができる。
【０２２１】
前記制御部５５０は、系統周波数を検出する周波数検出する段階、前記検出された周波数の変化量に応じて選択的に無効電力を注入する段階、前記無効電力注入後に前記系統周波数の変化量が所定値以下であると、前記インバータの正常動作を継続し、所定値より大きいと、単独運転状態と判断して前記インバータの動作を停止させて系統から遮断する。
【０２２２】
前記周波数検出は、電力変換装置５００のＰＬＬにより系統の周波数を推定して行われることができる。
【０２２３】
インバータの出力は、系統と同一の位相と周波数を有して同期化された正弦波形態で系統に供給されるが、このために、系統の位相情報を検出するためにＰＬＬが使用される。
【０２２４】
従って、ＰＬＬにおいて検出された系統の周波数の変動から系統周波数に異常があるか否かを１次に判断する。系統周波数の周波数変動値Ｅｒｒは、以前系統周波数と現在系統周波数の差として求めることができ、この周波数変動値が所定値以上であると、インバータの出力電圧に無効電力が注入されるように制御する。
【０２２５】
このとき、ＰＬＬにおいて検出した位相角により周波数の周波数変動値を計算する過程は、本発明のように並列に接続されたインバータごとにそれぞれのＰＬＬが独立的に行われる。
【０２２６】
このとき、ＰＬＬの小数点部分はそれぞれのインバータごとに異なるように計算され、同一値が発生する確率が非常に低いため、並列に接続された各インバータにおいて同一のＥｒｒ値が算出される可能性が少なく、結果として各インバータが互いに独立的で非同期な無効電力を印加するようになる。これにより、並列に接続されたインバータに印加された無効電力が互いに相殺されて単独運転感知に失敗することがなくなる。
【０２２７】
一方、周波数の変動値がないと（Ｅｒｒ＝０）、正常状態と判断して無効電力を注入しない。変動値があると、単独運転であるか否かを判断するために無効電力を注入する。このとき、変動値に応じて進相無効電力又は遅相無効電力の注入量を決定する。
【０２２８】
一例として、Ｅｒｒ＝１であると、第１の進相無効電力を、Ｅｒｒ＞１であると、第２の進相無効電力を注入し、Ｅｒｒ＝−１であると、第１の遅相無効電力を、Ｅｒｒ＜−１であると、第２の遅相無効電力を注入する。このとき、変動値が大きいほど注入される量が大きくなる。
【０２２９】
一方、系統が連系されている状況では、系統電源の系統周波数が支配する状況であるため、微小な変動量である無効電力を外部から印加しても系統周波数に変化がないが、系統がない状態で無効電力が印加されると、ＰＬＬにおいて検出される周波数の変動量が大きくなる。従って、無効電力注入後に系統周波数の変動値（Ｇｒｉｄ  Ｅｒｒ）を計算して、これから単独運転の可否を判断することができる。
【０２３０】
一方、検出された系統周波数の変動値（Ｇｒｉｄ  Ｅｒｒ）が基準値以上であるとき、すぐに単独運転を判断せずに、所定期間の間繰り返されて異常と判断される場合に単独運転と判断する。
【０２３１】
このために、無効電力注入後の変動値（Ｇｒｉｄ  Ｅｒｒ）が基準値以上であると、これをカウントし、再び系統周波数検出段階に戻って単独運転の判断を繰り返す。
【０２３２】
もし、系統がない場合、再びＰＬＬ動作を繰り返すと、１次無効電力の注入後に、周波数差が系統と差がさらに大きくなってＥｒｒ値が増加してより大きな無効電力が印加されて無効電力注入後の変動値が再び基準値以上になるが、一時的な変動による場合は、再び系統信号が安定してＥｒｒ値が小さくなって周波数変動値が基準値以下になり得る。
【０２３３】
一時的な変動ではなく、停電による単独運転状態を判断するために設定した周期の間、基準値以上にカウントされる周期が予め設定した数値以上であると、単独運転を判断してインバータを停止する。実施形態においては、１０回の周期の間該当動作を繰り返してカウントされる異常周期が３回以上であると、単独運転と判断し、そうでないと、正常動作と判断する。
【０２３４】
一方、本発明は、複数のインバータが並列に系統に接続された分散電源装置に適用するものであり、このとき、前記第１期間は、並列に接続された他の電力変換装置５００と重ならない。
【０２３５】
図８の（ａ）は、電力変換装置５００から出力される出力電圧波形Ｖａｃａを例示し、図８の（ｂ）は、電力変換装置５００に印加された無効電力波形Ｐｉａを例示し、図８の（ｃ）は、系統電圧波形Ｖｇｒｉｄａを例示し、図８の（ｄ）は、電力変換装置５００内のインバータ５４０に印加されるスイッチング制御信号波形Ｓｉｃａを例示する。
【０２３６】
図８の（ａ）の出力電圧波形Ｖａｃａを見ると、Ｐ１期間と、Ｐ２期間での出力電圧波形Ｖａｃａの周波数が、それぞれ第１周波数ｆ１、第１周波数ｆ１より高い第２周波数ｆ２であることを例示する。
【０２３７】
電力変換装置５００は、太陽電池モジュール１００から出力される発電量、特に、直流電圧によって、随時、出力電圧波形のレベル又は周波数などが可変されることがある。
【０２３８】
これにより、制御部５５０は、Ｐ１期間と、Ｐ２期間での出力電圧波形の周波数の差を演算する。
【０２３９】
一方、現在出力電圧の周波数と以前出力電圧の周波数の差である第１周波数変動値が基準値超過である場合、制御部５５０は、Ｔ２時点からＴ３時点までであるＰ３期間の間、無効電力可変モードに進入して、無効電力が注入されるように制御することができる。
【０２４０】
図面においては、Ｐｍレベルの無効電力が注入されることを例示する。
【０２４１】
一方、注入される無効電力は、ランダムに決定できる。
【０２４２】
次に、制御部５５０は、ランダムに無効電力を注入した後、すなわち、Ｔ２時点以後、無効電力注入以後の系統電圧周波数と、無効電力注入以前の系統電圧周波数の差である第２周波数変動値を演算することができる。
【０２４３】
図８の（ｃ）は、Ｐ２期間の系統電圧周波数はｆｇ２であり、Ｐ３期間の系統電圧周波数はｆｇ３であることを例示する。
【０２４４】
特に、無効電力注入の後、系統電圧周波数ｆ３が、Ｐ２期間の系統電圧周波数ｆ２に比べて非常に大きくなったことが分かる。
【０２４５】
これは、無効電力注入によって、電力変換装置５００から出力される電圧波形により、系統電圧周波数が影響を受けたためである。
【０２４６】
従って、制御部５５０は、無効電力注入以後の系統電圧周波数と、無効電力注入以前の系統電圧周波数の差である第２周波数変動値が設定値以上であり、第２周波数変動値が設定値以上である場合が所定回数以上である場合、系統安定化のために、当該電力変換装置の動作をオフするように制御することができる。特に、インバータ５４０がオフになるように制御することができる。
【０２４７】
これによって、制御部５５０は、インバータ５４０に動作停止信号Ｓｓｔを出力することができる。
【０２４８】
図８の（ｄ）は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３時点まで、インバータスイッチング制御信号ＳｉｃのレベルがＴハイレベルＨＬを維持してから、Ｔ３時点からローレベルＬＬを維持することを例示する。
【０２４９】
これによって、Ｔ３時点からインバータ５４０の動作は停止し、従って、図８の（ａ）に示すように、Ｔ３時点から出力電圧波形Ｖａｃａは０レベルを維持するようになる。
【０２５０】
これによって、不安定な動作をする電力変換装置５００の動作を一時停止させることができ、従って、系統が安定化になる。
【０２５１】
一方、図７ないし図９において記述した無効電力付加技法は、図１ｄの有効電力付加と異なるので、無効電力付加にもかかわらず、電力変換装置から出力される電力が一定になる。
【０２５２】
特に、インバータ５４０の動作時、無効電力が注入される第１期間の間、出力される電力が一定になることができる。このために、制御部５５０は、インバータ５４０の動作時、第１期間の間、出力される電力が一定になるように制御することができる。
【０２５３】
一方、制御部５５０は、無効電力を注入した後、無効電力注入以後の系統電圧周波数と、無効電力注入以前の系統電圧周波数の変動値が設定値未満である場合、無効電力の注入を終了し、第２期間の間、無効電力が注入されない交流電圧が出力されるように制御する。
【０２５４】
ここで、制御部５５０は、インバータ５４０の動作時、第１期間及び第２期間の間、出力される電力が一定になるように制御することができる。
【０２５５】
図１０は、無効電力注入前と注入後にも一定な最大電力地点を有することを説明するために参照される図である。
【０２５６】
図面を参照すると、無効電力注入前はもちろん、無効電力注入後にも、最大電力地点はｍｐｐ１として、最大電力はＰｍｐｐ１として現れることがある。
【０２５７】
すなわち、無効電力注入前はもちろん、無効電力注入後にも、最大電力地点に対応する電圧はＶｍｐｐ１として一定であり、最大電力地点に対応する電流はＩｍｐｐ１として一定であり得る。
【０２５８】
従って、無効電力付加にもかかわらず、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御によって、動作する電力変換装置５００の効率が低下しなく、そのまま維持されながら、系統安定化を図ることができるようになる。
【０２５９】
本発明による電力変換装置、それを備える太陽光モジュール、及び太陽光システムは、前述したように説明された実施形態の構成と方法が限定的に適用されることではなく、前記実施形態は様々な変形が可能であり、各実施形態の全部又は一部が選択的に組み合わせられて構成されることもできる。
【０２６０】
また、以上では本発明の好ましい実施例について図示し、説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変形実施が可能であることは勿論であり、このような変形実施は、本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。
【図１ａ】
2020089262.tif 000003
【図１ｂ】
2020089262.tif 000004
【図１ｃ】
2020089262.tif 000005
【図１ｄ】
2020089262.tif 000006
【図２ａ】
2020089262.tif 000007
【図２ｂ】
2020089262.tif 000008
【図２ｃ】
2020089262.tif 000009
【図３】
2020089262.tif 000010
【図４】
2020089262.tif 000011
【図５】
2020089262.tif 000012
【図６】
2020089262.tif 000013
【図７】
2020089262.tif 000014
【図８】
2020089262.tif 000015
【図９】
2020089262.tif 000016
【図１０】
2020089262.tif 000017