(57)【要約】【課題】太陽光パネルの上に積もった雪を効果的に溶かすことのできる太陽光発電システムおよび太陽光インバータを提供する。【解決手段】太陽光パネルと電力系統の間に接続される電力変換装置であって、電力変換装置は、太陽光パネルの発電電力を交流変換する発電モードと、電力系統から電力を得て、電力を前記太陽光パネルに供給することで太陽光パネルを発熱させる融雪モードと、を備え、融雪モードの際には、電力変換装置から太陽光パネルに供給される電流が、太陽光パネルの過電流レベルよりも小さい値である第一の電流値が所定の期間流れるように、太陽光パネルに出力する電圧を制御する電力変換装置。【選択図】  図７
2016163380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光パネルと電力系統の間に接続される電力変換装置であって、
前記電力変換装置は、前記太陽光パネルの発電電力を交流変換する発電モードと、前記電力系統から電力を得て、前記電力を前記太陽光パネルに供給することで前記太陽光パネルを発熱させる融雪モードと、を備え、
前記融雪モードの際には、前記電力変換装置から前記太陽光パネルに供給される電流が、前記太陽光パネルの過電流レベルよりも小さい値である第一の電流値が所定の期間流れるように、前記太陽光パネルに出力する電圧を制御する電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記融雪モードで運転する場合、上記電力変換装置から上記太陽光パネルに供給する電流と前記第一の電流値との偏差が所定範囲内である状態が所定時間経過した場合は、前記融雪モードでの運転を終了する電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換装置は少なくとも１つの自励式インバータを備え、前記自励式インバータは半導体スイッチング素子および直流コンデンサを備え、前記半導体スイッチング素子をPWM制御する前に前記電力系統から前記直流コンデンサを充電する電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記太陽光パネルは、直列接続される複数のストリングと、前記ストリングと双方向コンバータの間に設けられた逆流防止ダイオードと、該逆流防止ダイオードに並列接続される電磁接触部とを備えており、前記電磁接触部の投入数に基づいて前記第一の所定の電流値を決定する電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記太陽光パネルの少なくとも一部を撮影するカメラを有し、前記カメラの撮像画像に基づいて前記太陽光パネル上の融雪状態を分析して前記融雪モードを終了させる電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置であって、前記電力変換装置は自励式インバータとチョッパを備える電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換装置は双方向コンバータである電力変換装置。
【請求項８】
太陽光パネルと、
電力系統の間に接続される電力変換装置と、
を備え、
前記電力変換装置は、前記太陽光パネルの発電電力を交流変換する発電モードと、前記電力系統から電力を得て前記電力を前記太陽光パネルに供給することで前記太陽光パネルを発熱させる融雪モードと、を備え、
前記融雪モードの際には、前記電力変換装置は、前記電力変換装置から前記太陽光パネルに供給される電流が前記太陽光パネルの過電流レベルよりも小さい値である第一の電流値が所定の期間流れるように、前記太陽光パネルに出力する電圧を制御する太陽光発電システム。
【請求項９】
請求項７に記載の太陽光発電システムであって、
前記第一の所定の電流値を変化させるインターフェースを備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置および太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光パネルを、インバータを介して系統に連系する太陽光発電システムが広く用いられるようになっている。太陽光パネルは日射により発電電力を得るものであるため、日射がさえぎられる場合は発電量が低下もしくは発電が不可能となる。日射をさえぎるものの一つに、太陽光パネル上に積もる積雪がある。この積雪を防ぐため、積雪地帯ではパネルの傾斜角を大きくして雪の滑落を促す工夫がなされている。しかし、上記工夫をしてもパネル上の積雪や氷を十分に滑落させられない場合があり、その雪や氷により太陽光発電システムからの発電量が低下する。
【０００３】
上記課題に対し、インバータを双方向コンバータにより構築し、該コンバータより太陽光パネルに一定の電圧を印加し、該コンバータから太陽光パネルに融雪電流を流すことで太陽光パネルに発熱させて雪の滑落を補助し、上記コンバータから供給する電流が所定値を超えた場合に融雪が完了したとして太陽光パネルへの電流供給を停止するコンバータの制御方法が特許文献１などで開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2000-156940号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、双方向コンバータより一定の電圧を太陽光パネルに供給して融雪電流を供給する場合、通電による太陽光パネルの温度上昇により太陽光パネルのインピーダンスが低下する。この温度上昇により、太陽光パネルのインピーダンスが低下すると、太陽光パネルに大きな電流が流れ、融雪に必要な熱量を供給するまえに上記双方向コンバータは融雪のための電流供給を停止してしまう。十分な熱量を供給するためには、融雪完了を判断するための電流値を過大に設定しなければならず、過電流による太陽光パネルの損傷のおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、太陽光パネルの過電流を防止しながら、十分な熱量を供給できる融雪電流を太陽光パネルに供給することを可能とする太陽光発電システムおよび電力変換部を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、太陽光パネルと電力系統の間に接続される電力変換装置であって、電力変換装置は、太陽光パネルの発電電力を交流変換する発電モードと、電力系統から電力を得て、電力を前記太陽光パネルに供給することで太陽光パネルを発熱させる融雪モードと、を備え、融雪モードの際には、電力変換装置から太陽光パネルに供給される電流が、太陽光パネルの過電流レベルよりも小さい値である第一の電流値が所定の期間流れるように、太陽光パネルに出力する電圧を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、太陽光パネルの過電流を防止しながら、十分な熱量を供給できる融雪電流を太陽光パネルに供給することを可能とする太陽光発電システムおよび電力変換部を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施例の太陽光発電システム構成図である。
【図２】第一実施例の太陽光インバータ主回路構成である。
【図３】第一実施例の太陽光インバータのコントローラのブロック図である。
【図４】第一実施例の同期位相信号演算部のブロック図である。
【図５】第一実施例の太陽光インバータの直流電流制御部のブロック図である。
【図６】第一実施例の太陽光パネルの電流-電圧特性および太陽光インバータの動作点の説明図である。
【図７】第一実施例の太陽光インバータの動作説明図である。
【図８】第二実施例の太陽光発電システム全体像である。
【図９】第二実施例の太陽光発電システム全体像である。
【図１０】第三実施例の太陽光発電システム全体像である。
【図１１】第三実施例の太陽光インバータの電力変換部の主回路構成である。
【図１２】第三実施例の太陽光インバータのコントローラ演算ブロックである。
【図１３】第三実施例の太陽光インバータの動作説明図である。
【図１４】一定電圧を太陽光パネルに供給する場合の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図1は、第一実施例の太陽光発電システム構成図である。
【００１２】
本発明の太陽光発電システム80は、複数の太陽光パネルが直列に接続されるストリング60a、60b、ストリング保護用ヒューズ50a、50b、および太陽光インバータ1によって構成される。ストリング60aおよび60ｂは、ストリング保護用ヒューズ50aおよび50bを介して、太陽光インバータ１の直流端子に接続される。そして、太陽光インバータ１の交流端子は、系統3に接続される。太陽光インバータ１は、ストリング60a、60bと、系統3の間で受渡しする電力を制御する機能を有する。
【００１３】
本実施例における太陽光発電システム80は、２つの制御モードを有する。一つは、太陽光パネルであるストリング60a、60bから得られた直流電力を太陽光インバータ１により交流電力に変換して系統3に送電する発電モードである。もう一つは、系統3から交流電力を受電し、太陽光インバータ1により直流電力に変換してストリング60a、60bに供給し、太陽光パネルの温度を上昇させる融雪モードである。
【００１４】
この二つのモードにより、日射のある状態には、太陽光インバータ１を制御することにより発電運転を実施する発電モードを実行し、積雪時には、太陽光インバータ１を制御することにより太陽光パネル上の雪を融雪運転を実施する融雪モードを実行する
太陽光インバータ１の構成について、図１を用いながら以下説明する。
【００１５】
太陽光インバータ１は、電力変換部2A、コンタクタ4SW、初充電回路5、電圧センサ10uv、10vw、40、電流センサ20u、20v、20w、30、コントローラ１００およびヒューマンインターフェース回路２００により構成される。電力変換部2A、コンタクタ4SW、初充電回路5内コンタクタ5SWは、コントローラ100からの制御信号により制御される。
【００１６】
電力変換部2Aの直流端子P、Nはヒューズ50a、50bを介してストリング60a、60bに接続されている。電力変換部2Aの交流端子U、V、Wは、初充電回路5およびコンタクタ4SWを介して系統3に接続されている。電力変換部2Aの出力する交流電流は電流センサ20u、20v、20wにより検出され、また系統電圧は電圧センサ10uv、10vwにより検出される。電力変換部2Aの入力する直流電流は電流センサ30により検出され、直流電圧は電圧センサ40により検出される。
【００１７】
コントローラ100は、上記電圧センサおよび電流センサの検出信号に加え、ヒューマンインターフェース回路200からの信号である融雪モード時電流指令IrefMelt、融雪運転有効フラグFLG_SnowMeltが入力される。そして、電力変換部2Aのゲート信号GateSignalsおよびコンタクタ4SW、5SWの制御信号Cnt_4SW、Cnt_5SWを出力する。ヒューマンインターフェースは、例えば太陽光インバータの扉に設置される液晶表示操作パネルが想定される。
【００１８】
ここで、ヒューマンインターフェース200からコントローラ100に出力されるIrefMeltおよび融雪運転有効フラグFLG_SnowMeltは、操作者により変更可能な変数であり、操作者により融雪運転を設定する場合は、FLG_SnowMeltは1に、通常運転を実施する場合は0に設定される。なお、IrefMeltは、太陽光パネルに流れる電流が、パネルの定格電流以下になるように設定することが望ましい。
【００１９】
電力変換部2Aの構成を、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、第一実施例の太陽光インバータ主回路構成である。
【００２１】
電力変換部2Aは、インバータ2Xおよび直流コンデンサ2Cを有している。インバータ2XはIGBTと、IGBTに逆並列接続されるダイオードにより構成されるIGBTモジュール2m、2n、2o、2p、2q、2r、および交流リアクトル2X_Lにより構成される。IGBTモジュールは、コントローラ100から出力されるゲート信号GateSignalsによりスイッチングされることで、ストリング60a、60bと系統3の間の直流／交流、交流／直流の電力変換を実現する。
【００２２】
直流端子P、Nの間には直流コンデンサ2Cが接続され、直流回路の電圧を平滑化する。
【００２３】
次に、コントローラ100の演算部構成について、図３を用いて説明する。
【００２４】
図３は、第一実施例の太陽光インバータ１のコントローラ１００のブロック図である。
【００２５】
コントローラ100は、太陽光インバータ１および系統３の接続点である連系点の連系点電圧位相に同期した正弦波を算出する同期位相信号算出部CALC1、太陽光インバータ1の交流出力電流を制御するための交流電圧指令値を算出する交流電流制御演算部CALC2、CALC2により算出された交流電圧指令値をPWM変調してゲート信号GateSignalsを算出するインバータゲート信号算出部CALC3、太陽光インバータ１の交流側に出力する有効電流の指令値を算出する直流電圧制御演算部CALC4、および図示しない上位制御装置から入力される運転指令COM_Runに基づいて、コンタクタ4SW、5SWの操作信号Cnt_4SW、Cnt_5SWおよびゲート信号許可信号GateDBを算出するシステム制御部1021により構成される。ここで、上記制御装置は、太陽光発電システムを遠隔操作する場合における遠隔装置が想定される。
【００２６】
同期位相信号算出部CALC1は、相電圧算出部1001および同期位相信号演算部1002により構成される。
【００２７】
電圧センサ10uv、10vwによって検出された電圧検出信号Vsuv、Vsvwは相電圧算出部1001に入力される。相電圧算出部１００１は（数１）に従い相電圧を算出する。
【００２８】
【数１】
2016163380.tif 000003
【００２９】
算出された相電圧vsu、vsv、vswは、同期位相信号演算部1002に入力され、算出部1002は系統3のU相電圧基本波成分と同位相の信号COSおよび90度位相の遅れた信号SINを算出し、交流電流制御演算部CALC2に出力する。
【００３０】
同期位相信号算出部部1002は、PLL（Phase Locked Loop）を用いた位相検出により信号COS、SINを算出する。算出部1002具体的な演算構成を、図４を用いて説明する。
【００３１】
図４は、第一実施例の同期位相信号演算部のブロック図である。
相電圧vsu、vsv、vswはα−β変換部10021に入力される。α−β変換部10021は（数２）に従い、相電圧をα−β変換する。
【００３２】
【数２】
2016163380.tif 000004
【００３３】
α−β変換部10021は、連系点電圧のα成分であるvs_alpとβ成分であるvs_betをd-q変換部10022に出力する。  d-q変換部10022はvs_alp、vs_betおよび後述するcosテーブル出力値COS、およびsinテーブル算出値SINを入力とし、連系点電圧d軸成分vsd、q軸成分vsqを（数３）に従い算出する。
【００３４】
【数３】
2016163380.tif 000005
【００３５】
算出された連系点電圧q軸成分vsqは、PI制御部10023に出力される。PI制御部10023は補正角周波数delOmegを算出する。
【００３６】
補正角周波数delOmegと定格角周波数Omeg0は、加算部10024において加算され、その和であるomegaは時間積分部10025に出力される。時間積分部10025はomegを積分することにより連系点電圧の基本波成分の位相thetaを算出する。
【００３７】
コントローラ内部で算出する連系点電圧位相算出値thetaと連系点電圧の位相が一致している場合、連系点電圧のq軸成分vsqは0となる。一方、連系点電圧位相算出値thetaと連系点電圧位相が一致しない場合、連系点電圧q軸成分vsqは非零の値となる。そのため、上記構成を備えることで連系点電圧の基本波成分の位相を検出することが可能となる。
【００３８】
連系点電圧の基本波成分位相thetaは、cosテーブル10026およびsinテーブル10027に入力され、両テーブルは位相thetaに対応した信号COSおよびSINを算出する。cosテーブル10026、sinテーブル10027の出力である信号COSおよびSINは、遅延要素である10028および10029を介して、それぞれd-q変換部10022を用いて連系点電圧α成分vs_alp、β成分vs_betをd-q変換している。
【００３９】
図３に戻りコントローラ100の演算の説明を続ける。
【００４０】
交流電流制御演算部CALC2は、α−β変換部1003、d-q変換部1004、減算部1014、1015、PI制御部1016、1017、逆d-q変換部1018、および２相-３相変換部1019により構成される。交流電流制御演算部CALC2は交流出力電流をα−β変換後、信号COSおよびSINを用いてd-q座標変換し、さらにd-q座標上で得た電圧指令値を信号COSおよびSINを用いて静止座標変換し、２相-３相変換ののち三相の交流電圧指令値を出力する。
【００４１】
太陽光インバータ1の交流出力電流isu、isv、iswは、α−β変換部1003に入力され、α−β変換部1003は前述の同期位相信号演算部10021と同様の演算を実施し、交流出力電流α軸成分isalp、β軸成分isbetを算出し、d-q変換部1004に出力する。  d-q変換部1004は、上記isalp、isbetに加え、同期位相信号算出部CAL1で算出した信号COS、SINを入力とし、交流出力電流をd-q座標変換し、d軸成分isdおよびq軸成分isqを算出する。  d軸成分isdは減算部1015に出力され、q軸成分isqは減算部1014に出力される。
【００４２】
減算部1015では、後述する直流電圧制御演算部CALC4より算出されるd軸電流指令値isdrefとisdの偏差が算出され、その差はPI制御部1016に出力される。一方、減算部1014では、q軸電流指令値である0とisqの偏差が算出され、その差はPI制御部1017に出力される。  PI制御部1016、1017は入力された電流偏差をもとに偏差を低減するようにd-q座標上の太陽光インバータ1交流出力電圧指令値vdref、vqrefを算出し、逆d-q変換部1018に出力する。
【００４３】
逆d-q変換部1018では、上記電圧指令値および同期位相信号算出部CAL1で算出した信号COS、SINを入力とし、（数４）に従い交流出力電圧指令値のα成分valpおよびβ成分vbetを算出する。
【００４４】
【数４】
2016163380.tif 000006
【００４５】
valp、vbetは２相-３相変換部1019に出力され、変換部1019は（数５）に従い交流電圧指令値vu_ref、vv_ref、vw_refを算出し、算出した指令値をインバータゲート信号算出部CALC3に出力する。
【００４６】
【数５】
2016163380.tif 000007
【００４７】
インバータゲート信号算出部CALC3は、搬送波発生部1021、PWM演算部1020およびゲート制御部1022により構成される。
【００４８】
搬送波発生部1021は、電力変換部2Xのスイッチング周波数と等しい周波数を持つ三角波である搬送波triを算出し、PWM演算部1020に出力する。PWM演算部1020は、triに加えて交流電流制御演算部CALC2からの出力信号である交流電圧指令値vu_ref、vv_ref、vw_refを入力とし、該交流電圧指令値と搬送波triを大小比較することによりゲート信号を算出する。ここで、U相を例に、ゲート信号の算出方法を説明する。
【００４９】
相電圧指令値vu_refがtri以上の場合、IGBTモジュール2mのゲート信号をオン、IGBTモジュール2pのゲート信号をオフとする。逆に、電圧指令値vu_refがtriより小さい場合、IGBTモジュール2mのゲート信号をオフ、IGBTモジュール2pのゲート信号をオンとする。本演算により、電力変換部2Xの交流出力端子Uには瞬時平均電圧が電圧指令値vu_refに対応したパルス電圧を出力することができる。V相、W相も同様にゲート信号を算出するため、重複説明を省く。PWM演算部1020で算出されたIGBTモジュール2m〜2rのゲート信号はゲート制御部1022に出力される。
【００５０】
ゲート制御部1022は、上記ゲート信号に加え、システム制御部1021の出力であるゲート信号許可信号GateDBを入力とする。ゲート信号許可信号GateDBが0すなわち不許可の場合は、ゲート信号GateSignalsは全てオフ指令となる。ゲート信号許可信号GateDBが1すなわち許可の場合は、PWM演算部1020の出力をそのままゲート信号として電力変換部2X内のIGBTモジュール2m〜2rに出力する。上記のように、交流電流制御演算部CALC2とインバータゲート信号算出部CALC3によりゲート信号許可信号GateDBが1の場合は、電力変換部2Xを電流指令値にしたがって交流電流を調整するよう制御することが可能となる。  システム制御部1021は、電力変換器２Aに設けられているIGBTへのスイッチング指令を行うGateSignals、コンタクタ４SWの開閉指令を行うCnt_4SWおよびコンタクタ５SWの開閉指令を行うCnt_5SWを演算子、出力する。システム制御部１０２１の具体的な動作については、図６を用いながら後述する。
【００５１】
次に、本実施例の太陽光インバータ１の特徴となる直流電圧制御演算部CALC4について説明する。
【００５２】
直流電圧制御演算部CALC4は、日射がある場合にストリング60a、60bから発電する電力を最大化するための直流電圧指令値VdcrefMPPTを算出する最大電力追従制御演算部１００６、ストリング60a、60bにヒューマンインターフェース200より入力された電流指令値IrefMeltに基づいて直流電圧指令値VdcrefDCACRを算出する直流電流制御部１００８、融雪運転終了判定部1009a、タイマ1009b、演算部１０１０、ヒューマンインターフェース200より入力される融雪運転フラグFLG_SnowMeltを入力として上記直流電圧指令値VdcrefMPPTとVdcrefDCACRを切替える電圧指令切替部１０１１および直流電圧指令値vdcrefと直流電圧検出値の差分を低減するよう電力変換部2Xのd軸電流指令値isdrefを算出する直流電圧制御部１０１３を備える。
【００５３】
まず、発電モードにおけるCALC4の動作について説明する。
【００５４】
発電運転を実施する場合の運転指令は、ヒューマンインターフェース200からのフラグFLG_SnowMeltが0となる。そのため、論理積算出部1010の出力はタイマ1009bの出力によらず0となり、直流電圧指令切替部vdcrefにはVdcrefMPPTが入力される。なお、VdcrefMPPTは、直流電圧検出値vdcおよび入力直流電流検出値idcの積である直流入力電力を最大化するよう、最大電力追従制御演算部1006により算出された値である。上記発電量最大化手法については、当該技術分野では多用される演算であるため、説明を省略する。
【００５５】
次に、融雪運転を実施する場合について、説明する。
【００５６】
入力直流検出値idcと、融雪時の電流指令値IrefMeltは減算部1007に入力される。ここで、電流指令値IrefMeltは太陽光インバータ１からストリング60a、60bに流す電流であるため、負の値となる。IrefMeltの絶対値は、ストリング60a、60bの保護の観点から、各ストリングの定格電流値の和より小さい値に設定される。
【００５７】
減算部1007はIrefMeltとidcの差分△idcを算出し、△idcは直流電流制御部1008および融雪運転終了判定部1009aに入力される。
【００５８】
直流電流制御部1008の構成について、図５を用いて説明する。図５は、
第一実施例の太陽光インバータの直流電流制御部のブロック図である。
直流電流制御部１００８は、比例ゲイン演算部１００８１、積分ゲイン演算部１００８２、積分部１００８３、加算部１００８４、上下限リミッタ１００８５を有する。比例ゲイン演算部10081は、差分△idcを入力とし、該入力を定数倍した値を算出し、加算器10084に出力する。積分ゲイン演算部10082は、差分△idcを定数倍し、その出力を上下限付き積分器10083に出力する。積分器10083の出力は加算器10084に出力される。加算器10084は、比例ゲイン演算部10081と上下限付き積分器10083の出力の加算し、その和を上下限リミッタ10085に出力する。上下限リミッタ10085は、加算器10083から入力される信号を所定の上限値であるVmax以下かつ所定の下限値Vmin以下に制限し、その出力を電流制御用電圧指令値VdcrefDCACRとして出力する。直流電流制御部1008の出力下限値Vdc0は、過変調無しに系統3に連系するために必要な最低電圧であり、出力電圧上限値Vmaxはストリング60a、60bを過電圧から保護するための供給電圧最大値である。Vmaxは、高い値に設定すると上記ストリングを損傷させてしまう。また、Vmaxが低すぎると供給すべき融雪用の電流が供給できない。そのため、Vmaxは定格日射時のストリング60a、60bの端子開放時電圧程度とすることが望ましい。
【００５９】
図３に戻り、融雪運転時のCALC4の演算について、説明を続ける。  IrefMeltに対し、idcが大きい場合、すなわち太陽光インバータ１からストリング60a、60bに対して供給する電流が大きい場合、△idcの値は大きくなり、直流電流制御部1008の出力は増加する。
【００６０】
直流電流制御部1008の出力VdcrefDCACRは、電圧指令切替部1011を介して、太陽光インバータ１の直流電圧指令値vdcrefとなり、減算部1012に出力される。
【００６１】
減算部1012は、直流電圧検出値vdcと直流電圧指令値vdcrefの偏差を算出し、直流電圧制御部1013に出力する。
【００６２】
直流電圧制御部1013はPI制御部であり、入力される直流電圧の偏差を低減するよう、有効電流指令値isdrefを算出する。
【００６３】
太陽光インバータ１からストリング60a、60bに供給する電流が小さい場合、直流電流制御部1008の出力は増加し続けるが、出力は上限値Vmaxにより制限される。
【００６４】
直流電流の偏差△idcは融雪運転終了判定部1009aに入力される。融雪運転終了判定部1009aは、△idcの絶対値と所定値である△idc_THとを比較し、△idcの絶対値が△idc_THより小さければ1、大きければ0をタイマ1009bに出力する。ここで、△idc_THは、IrefMeltに対して十分小さい値であり、たとえばIrefMeltの絶対値の5%程度に設定する。タイマ1009bは、融雪運転終了判定部1009aの出力が継続して1である時間が所定の時間Tmeltを超過した場合に0、そのほかの場合は1を出力信号FLG_ENDとして論理積算出部1010およびヒューマンインターフェース200に出力する。
【００６５】
ヒューマンインターフェース200は、コントローラ100から入力するFLG_ENDが0になったことにより、融雪終了条件成立を判断し、コントローラ100への出力であるFLG_SnowMeltを0にする。RLG_ENDは図示しない上位制御装置に伝達され、該制御装置は太陽光インバータ１への運転指令COM_Runを0にする。これにより、太陽光インバータ１は動作を停止する。
【００６６】
次に、融雪運転時のストリング60a、60bの動作点について、図６を用いて説明する。
【００６７】
図６は、第一実施例の太陽光パネルの電流-電圧特性および太陽光インバータの動作点の説明図である。横軸はストリングの端子電圧を、縦軸はストリングから出力される電流の合計値を示す。
【００６８】
パネル上に積雪がある場合、パネルの温度が低いためストリングの特性はChar.1として示されるV-I特性となっている。融雪運転により太陽光インバータ１から電流供給が開始される（動作点(1)）。このとき、ストリングのインピーダンスが大きいため、太陽光インバータ１から供給される電圧は上限値Vmaxとなる。  太陽光インバータ１からの電流が流れると、ストリングのインピーダンスが低下し、V-I特性がChar.2のように変化し、太陽光インバータ１からIrefMeltとして定められた電流が供給可能となる（動作点(2)）。
【００６９】
さらに時間が経過すると、ストリングの温度がさらに上昇し、V-I特性がChar.3のように変化してVmaxより低い電圧を供給しても指令値であるIrefMeltと等しい電流が供給可能となる。（動作点(3)）なお、V-I特性Char.4は、定格日射量が与えられたときのストリング60a、60bのV-I特性である。
【００７０】
図７を用いて、太陽光インバータ１の動作を時系列で説明する。図７は、第一実施例の太陽光インバータの動作説明図である。横軸は経過時間、縦軸は上から順番に、コンタクタ5SWの開閉状態、コンタクタ4SWの開閉状態、ゲート信号許可信号GateDB、直流電圧vdc、そして入力直流電流idcである。
【００７１】
時刻t1に、不図示の上位制御装置からの運転指令COM_RUNが運転指令に変わり、コンタクタ5SWが投入される。これにより、系統3から直流コンデンサ2Cが充電されるため、vdcが上昇する。
【００７２】
コンタクタ5SW投入後所定時間が経過した時刻t2に、コンタクタ4SWが投入される。これにより、太陽光インバータ1は制限抵抗5Rを短絡した状態で系統3に接続する。
【００７３】
このように、コンタクタ5SWを投入からコンタクタ4SWを投入するまで、所定時間だけ時間をあけることにより、直流コンデンサ2Cの充電が終了した後にコンタクタ4SWを投入することができ、系統3からの過大な充電電流が流入することを回避できる。システム制御部1021は、Cnt_4SWを閉指令に変化させた後、Cnt_5SWを開指令に変化させる。このようにコンタクタ5SWを開放することで、次回の太陽光インバータ１起動時に備える。時刻t3において、ゲート信号許可信号GateDBが0から1になり、IGBTモジュールのスイッチングが開始される。ｔ３は、例えば抵抗５Ｒを介した直流コンデンサの初充電が終了したタイミングである。直流電圧がVdc0と等しい場合、太陽光インバータ１からストリング60a、60bに供給される電流はIrefMeltに比べて小さいため、直流電流制御部1008により直流電圧指令値vdcrefが高い値に補正され、上限値Vmaxまで上昇する。
【００７４】
太陽光インバータ１は直流入力電流idcとIrefMeltが一致するまで直流電圧をVmaxの状態で維持する。
【００７５】
時刻t4以降は、ストリング60a、60bの温度が上昇することにより、該ストリングのインピーダンスが低下するため、直流電圧vdcがわずかに低下していく。
【００７６】
直流入力電流idcと融雪運転時の電流指令値IrefMeltの偏差が△idc_TH以下となる期間が、Tmelt経過する時刻t6において、コントローラ100はヒューマンインターフェース200にFLG_ENDを0とすることで融雪運転終了条件成立を伝達する。そして、ヒューマンインターフェース200はFLG_SnowMeltを０にする。また、上位制御装置はCOM_Runを0にし、インバータを停止する。ここで、Tmeltはユーザによって任意に決めることができ、パネル一枚あたりに与えるべき電力量を考慮して決定することができる。
【００７７】
この停止指令により、ゲート信号許可信号GateDBは0に、コンタクタ4SWの操作信号Cnt_4SWは開指令に変化し、太陽光インバータ１は運転を停止する。太陽光インバータ１が運転を停止すると、系統３からの電力供給が無くなるため、直流コンデンサ２Cの端子間電圧が低下し、それに伴い融雪電流も減少する。以上のように、太陽光インバータ１は融雪運転を実現できる。
【００７８】
ここで、本実施例により融雪のための十分な熱量をストリング60a、60bに供給できることを説明するため、融雪運転時に一定電圧をストリング60a、60bに供給する場合の動作波形を図１４に示す。
【００７９】
太陽光インバータ１からストリング60a、60bに供給する電圧は、本実施例と同様Vmaxとする。
【００８０】
太陽光インバータ１の起動および融雪電流がIrefMaxに達する前の挙動については本実施例の太陽光インバータ１の動作と等しい。
【００８１】
時刻t4において融雪電流はIrefMaxと一致するが、従来例では、ストリング60a、60bに供給する電圧が一定であるため、電流が増加し続ける。
【００８２】
時刻t10において、ストリング60a、60bの過電流レベル(-Imax)に到達し、従来例の太陽光インバータ１は融雪運転を停止する。太陽光インバータ１が融雪運転を停止するため、系統３から太陽光インバータ１に電力が供給されなくなるため、インバータの直流コンデンサ2Cの電圧が低下する。
【００８３】
上記直流電圧の低下に伴い、ストリング60a、60bに供給される電流が減少し、時刻t11でゼロとなる。
【００８４】
そのため、本発明の太陽光インバータ１では時刻t6まで一定の電流を供給し続けられたことに対し、従来例では融雪電流を供給できる期間が短くなり、結果として太陽光パネル上の雪を溶かすための十分な熱量を供給することができない。
【００８５】
本実施例では、融雪モード時電流指令IrefMeltはヒューマンインターフェース200より出力される値としたが、コントローラ100が固定値もしくはメンテナンス用インターフェースを介して変更可能なパラメータとしても良い。また、太陽光パネルの融雪モードは電力系統の電力を用いて動作するのみならず、他の電力源（例えば蓄電池）を用いて動作させてもよい。
【００８６】
本発明によれば、操作者により融雪運転指令がだされた場合、ストリング60a、60bに過大な電圧を供給することなく、融雪のための電流を増加させ、所定の電流を通電する状態で太陽光インバータに運転を維持させることができる。これにより、ストリングを過電圧・過電流から保護しつつ十分な熱量をストリングに供給することができるため、効果的に太陽光パネル上の雪を融雪できる。
【実施例２】
【００８７】
本発明第二の実施例について、図８を用いて説明する。図８は、第二実施例の太陽光発電システム全体像である。
【００８８】
本実施例と本発明第一実施例の差は、太陽光発電システム80が統括制御部500を備え、またストリング60a、60bにヒューズ50a、50bのかわりに逆流防止ダイオード回路70a、70bが備えられた点である。
【００８９】
複数のストリングを並列に接続する場合、ストリング内での短絡事故発生時に他のストリングからの事故電流流入を防ぐことを目的として逆流防止ダイオードが備えられる場合がある。本実施例は、上記ダイオードが備えられた場合でも融雪運転を実現できる太陽光発電システム80を提示するものである。
【００９０】
図８に示す太陽光発電システム80は、実施例１記載の太陽光発電システム80と同じ部品については、同じ番号で明示しており、説明の重複を省く。
【００９１】
統括制御部500は、逆流防止ダイオード回路70a、70bの開閉を操作する操作信号Cnt_70a、Cnt_70bを出力する。操作信号Cnt_70a、Cnt_70bは逆流防止ダイオード回路70a、70bと並列にヒューマンインターフェース200Aにも入力される。
【００９２】
逆流防止ダイオード回路70a、70bは、逆流防止ダイオードおよび該ダイオードに並列に接続されたコンタクタを備える。
【００９３】
統括制御部500は、融雪運転を実施する際、融雪電流を供給するストリングの逆流防止ダイオード回路内のコンタクタを投入する操作信号を出力する。
【００９４】
ヒューマンインターフェース200Aと、実施例１のヒューマンインターフェース200との差は、Cnt_70a、Cnt_70bを入力し、投入指令となっているコンタクタ数から融雪電流指令値IrefMeltを算出し、コントローラ100に出力する点である。コンタクタ数から融雪電流指令値IrefMeltを算出する理由としては、パネルの故障などにより、コンタクタが一部切り離されているときに、パネル全体の定格電流をインバータから供給すると、パネルに流れる電流が定格電流より大きくなり、その結果パネルを痛める可能性がある。コンタクタの投入数に基づいて融雪モードで運転するときの電流指令値（IrefMelt）を決めることにより、上記のようにコンタクタの投入されているパネルに、当該パネルの定格電流相当を太陽光インバータから供給できるようになり、パネルの過電流通電によるダメージを回避できる。
【００９５】
実施例１と同様に、太陽光インバータ１が融雪運転を実施し、融雪運転終了条件成立を示すFLG_ENGは、ヒューマンインターフェース200A、および統括制御部500に出力される。融雪運転終了条件成立のFLG_ENGが統括制御部500に入力されると、融雪電流を供給していたストリングの逆流防止ダイオード回路のコンタクタ操作信号を開にする。これにより、通常の発電時には逆流防止ダイオードによりストリングで発生した事故を他のストリングに波及することを防ぐことが可能となる。
【００９６】
本実施例では、コントローラ100からのフラグFLG_ENDにより融雪運転を終了する構成を示したが、図９に示すように太陽光パネルの一部もしくは全部を撮影するカメラ600を備え、該カメラの画像データより融雪の状態を統括制御部500Aで分析し、融雪運転を終了しても良い。
【００９７】
本実施例によれば、ストリング60a、60bに過大な電圧を供給することなく、融雪のための電流を増加させ、所定の電流を通電する状態で太陽光インバータに運転を維持させることができる。これにより、ストリングを過電圧・過電流から保護しつつ十分な熱量をストリングに供給することができるため、効果的に太陽光パネル上の雪を融雪できる。
【００９８】
さらに、統括制御部500を備えることにより、ストリングに逆流防止ダイオードを備える場合でもストリングに融雪電流を流すことが可能であり、また融雪電流を流すストリング情報に基づいて太陽光インバータ１から供給する融雪電流を調整するためストリングに過大な電流が流れることを防止できる。
【実施例３】
【００９９】
本発明第三の実施例について、図１０を用いて説明する。図１０は、第三実施例の太陽光発電システム全体像である。
【０１００】
本実施例と第一実施例との差は、太陽光インバータ１の電力変換部2Bがインバータ2Xおよびチョッパ2Yにより構成される点である。
【０１０１】
チョッパ2Yは、IGBTモジュールのduty比を変えることにより、極めて高速にストリング60a、60bに供給する電圧を調整することが可能である。また、インバータ2Xの出力下限値Vdc0よりも低い電圧をストリングに供給可能であるため、ストリングの選択範囲を広げることが可能である。
【０１０２】
以下、詳細を記す。ここで、実施例１と同じ部品については同じ記号で示しており、重複説明を省く。
本実施例２における太陽光発電システム80の太陽光インバータ１が備える電力変換部2Bは、チョッパ2Yとインバータ2Xにより構成される。
【０１０３】
電力変換部2Bの主回路構成を図１１に示す。
【０１０４】
インバータ2Xの直流回路に、直流コンデンサ2Cと並列にチョッパ2Yが接続される。
【０１０５】
チョッパ2Yは、IGBTモジュール2s、2tおよびフィルタリアクトル2Y_L、フィルタコンデンサ2Y_Cにより構成される。発電時はチョッパ2Yが昇圧動作を行うことによりストリング60a、60bから得た直流電力をインバータ2Xに供給する。
【０１０６】
インバータ2Xは電圧センサ40pnにより検出した内部直流電圧vpnを指令値に一致するよう系統3との電力制御を実施する。以上により、ストリング60a、60bから得た発電電力を系統3に送電する。
【０１０７】
一方融雪運転を実施する場合には、チョッパ2Yはインバータ2Xを直流電源とし、融雪電流IrefMeltを流すべく出力電圧vdcを制御する。
【０１０８】
チョッパ2YのIGBTモジュール2s、2tのゲート信号は、コントローラ100Aにより算出される。
【０１０９】
コントローラ100Aの構成および演算について、図１２を用いて説明する。
【０１１０】
コントローラ100Aは、大きく分けて連系点電圧位相に同期した正弦波を算出する同期位相信号算出部CALC1、太陽光インバータ1の交流出力電流を指令値に従い制御するための交流電圧指令値を算出する交流電流制御演算部CALC2、CALC2により算出された交流電圧指令値をPWM変調してインバータ2Xのゲート信号GateSignalsを算出するインバータゲート信号算出部CALC3、直流電圧を制御するための太陽光インバータ１の交流側に出力する有効電流の指令値を算出する直流電圧制御演算部CALC4B、図示しない上位制御装置から入力される運転指令COM_Runを元にコンタクタ4SW、5SWの操作信号Cnt_4SW、Cnt_5SWおよびゲート信号許可信号GateDBを算出するシステム制御部1021、そしてストリング60a、60b側に出力する直流電圧指令値を算出する直流電圧指令値算出部CALC5、CALC5により算出された出力電圧指令値vdcrefをPWM変調してチョッパ2Yのゲート信号GateSignalsを算出するチョッパゲート信号算出部CALC6により構成される。  CALC1、CALC2、CALC3は実施例１と同じ演算であるため、説明を省略する。
【０１１１】
直流電圧制御演算部CALC4Bは、直流コンデンサ2Cの端子間電圧vpnを入力とし、直流電圧指令値VpnRefとの偏差を減算部1012で算出し、その偏差を低減すべくPI制御部である電圧制御部1013によりインバータ2Xの出力すべきd軸電流指令値idrefを算出する。idrefはCALC2に出力され、インバータ2Xはidrefにd軸電流が一致するよう交流出力電圧指令値が算出される。
【０１１２】
直流電圧指令値算出部CALC5では、実施例１の直流電圧制御演算部CALC4と同様にストリング60a、60bの発電電力を最大化するための直流電圧指令値VdcrefMPPT、および融雪運転時の太陽光インバータ１からストリング60a、60bに供給する直流電流を指令値に一致させるための直流電圧指令値VdcrefDCACRを算出する。
【０１１３】
融雪運転終了条件判定の演算は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
実施例１および２の構成においては、直流電流制御部1008の出力下限値を系統3の電圧で決まる最低電圧Vdc0に設定する必要があった。しかし、本実施例によればチョッパのdutyを変えることにより0Vまで出力電圧を下げることが可能であり、実施例１、２に比べて、ストリング60a、60bに用いる太陽光パネルの種類および直列数の選択可能な範囲を広げることができる。
【０１１４】
また、実施例１および２の構成では、ストリング60a、60bに供給する直流電圧を変えるためにはコンデンサ2Cの電圧制御系の応答を待たなければいけない。しかし、本実施例ではチョッパ2Yのduty比を変えるだけで速やかに直流電圧vdcを変えることができるため、高速な電流制御が可能となる。
【０１１５】
直流電圧指令値算出部CALC5の出力および内部直流電圧検出値vpnはチョッパゲート信号算出部CALC6に入力される。
【０１１６】
内部直流電圧検出値vpnは、直流電圧確立判定部1031に入力され、判定部1031は内部直流電圧が所定の値に維持されたかを判定し、所定の値に維持された場合は1、それ以外は0を論理積算出部1032に出力する。
【０１１７】
論理積算出部1032は、直流電圧確立判定部1031の出力とゲート信号許可信号GateDBと、を入力とし、その論理積をゲート制御部1033に出力する。
【０１１８】
一方、CALC5で算出された直流電圧指令値vdcrefはPWM演算部1030に入力され、PWM演算部1030は搬送波triとvdcrefを大小比較することによりIGBTモジュール2s、2tのゲート信号を算出し、ゲート制御部1033に出力する。
【０１１９】
ゲート制御部1033は論理積算出部1032の出力が1の場合にチョッパ2Yのゲート信号としてPWM演算部1030の出力をIGBTモジュール2s、2tに出力し、論理積算出部1032の出力が0の場合はIGBTモジュール2s、2tにオフ指令を継続的に出力する。
【０１２０】
図１３は、第三実施例の太陽光インバータの動作説明図である。
時刻t1において、運転開始指令COM_Runが入力されると、システム制御部1021は実施例１同様にコンタクタ5SWを時刻ｔ１に、4SWを時刻ｔ２に順次投入する。時刻t3において、システム制御部1021がゲート信号許可信号GateDBを0から1に変更することでインバータ2Xが運転を開始する。インバータ2Xは内部直流電圧vpnを指令値VpnRefに一致させるようd軸電流を制御する。
【０１２１】
内部直流電圧vpnは直流電圧確立判定部1031に入力され、vpnがVpnRefに整定されたことを判定し、時刻t4に論理積算出部1032に1を出力する。これにより、チョッパ2Yのゲート信号許可信号GateDB2が0から1に変わり、チョッパ2Yが運転を開始する。
【０１２２】
直流電流制御部1008により、入力直流電流idcと融雪電流指令値IrefMeltが一致するようチョッパ2Yの出力電圧指令値vdcrefが演算され、その結果vdcが上限値Vmaxまで上昇する。
【０１２３】
時刻t5においてidcとIrefMeltが一致し、タイマ1009bが作動する時刻t7まで太陽光インバータ１はストリング60a、60bに融雪電流を供給し続ける。
【０１２４】
時刻t7において、タイマ1009bは融雪運転終了判定条件成立を伝えるFLG_ENDをヒューマンインターフェース200に出力し、ヒューマンインターフェース200はFLG_SnowMeltを０にする。また、上位制御装置はFLG_ENDを入力としてCOM_Runを0にし、太陽光インバータ１を停止させ、コンタクタ4SWを開くべく操作信号Cnt_4SWを出力する。
【０１２５】
以上のように、実施例１によれば、操作者により融雪運転指令が出された場合、ストリング60a、60bに過大な電圧を供給することなく、融雪のための電流を増加させ、所定の電流を通電する状態で太陽光インバータに運転を維持させることができる。これにより、ストリングを過電圧・過電流から保護しつつ十分な熱量をストリングに供給することができるため、効果的に太陽光パネル上の雪を融雪できる。
【０１２６】
さらに、実施例２によれば、ストリング60a、60bに供給できる直流電圧範囲を広げることが可能となり、ストリング中の太陽光パネルの特性や直列数の選択肢を広げることができる。また、実施例３によれば、ストリング60a、60bに供給する直流電圧の変化はチョッパ2Yのdutyを変えることにより高速に調整可能であるため、より高速に電流制御が可能となる。
【符号の説明】
【０１２７】
1・・・太陽光インバータ、2A、2B・・・電力変換部、2X・・・インバータ、2Y・・・チョッパ、2C・・・直流コンデンサ、2X_L・・・交流リアクトル、2Y_L・・・直流リアクトル、2Y_C・・・フィルタコンデンサ、3・・・系統、4SW、5SW・・・コンタクタ、5R・・・制限抵抗、5・・・初充電回路、20u、20v、20w、30・・・電流センサ、10uv、10vw、40、40pn・・・電圧センサ、2m、2n、2o、2p、2q、2r、2s、2t・・・IGBTモジュール、50a、50b・・・ヒューズ、60a、60b・・・ストリング、70a、70b・・・逆流防止ダイオード回路、80・・・太陽光発電システム、100・・・コントローラ、200・・・ヒューマンインターフェース回路、CALC1・・・同期位相信号算出部、CALC2・・・交流電流制御演算部、CALC3・・・インバータゲート信号算出部、CALC4、CACL5・・・直流電圧制御演算部、CALC6・・・チョッパゲート信号算出部、1021・・・システム制御部、500・・・統括制御部
【図１】
2016163380.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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