(57)【要約】【課題】  風力発電電力と太陽光発電電力の並列運転時においても、両者の最大電力点追従制御運転を実施でき、更に低コストで実現できるハイブリッド系統連系システムを提供する。【解決手段】  太陽光発電電力を昇圧してリンク部に出力する第１コンバータ３と、風力発電電力を降圧してバッテリ５に蓄電するための第２コンバータ４と、バッテリ５に蓄えられた電力を固定電力制御で昇圧してリンク部Ｒに出力するための第３コンバータ６と、リンク部Ｒの電圧が所定値になるように出力正弦波電流を調整して系統に電力を出力するインバータ７とを備え、風力発電電圧よりバッテリ５の電圧を低く設定して、第２コンバータを降圧チョッパによる降圧制御を実施し、第３コンバータ６を一次巻線１４ａと二次巻線１４ｂとからなる変圧器１４を備えた絶縁型コンバータとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電電力を昇圧してリンク部に出力する第１コンバータと、風力発電電力をバッテリに蓄電するための第２コンバータと、前記バッテリに蓄えられた電力を固定電力制御で昇圧して前記リンク部に出力するための第３コンバータと、前記リンク点電圧が所定値になるように出力正弦波電流を調整して系統に電力を出力するインバータとを有し、
前記バッテリ電圧を前記風力発電電圧より低く設定して、前記第２コンバータが降圧チョッパによる降圧制御を実施することを特徴とするハイブリッド系統連系システム。
【請求項２】
第３コンバータは、一次巻線と二次巻線とを有する変圧器を備えた絶縁型コンバータである請求項１記載のハイブリッド系統連系システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電と風力発電を組み合わせた発電電力を商用電力系統等の他の電力系統に系統連系させるハイブリッド系統連系システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より太陽光発電と風力発電とを組み合わせたハイブリッド系統連系システムがある。例えば特許文献１では、風力発電電力をバッテリに充電し、バッテリ電圧が所定値に達したら、太陽光発電電力と風力発電電力とバッテリ蓄電電力との合成電力をインバータの固定電力指令制御により系統に供給している。
しかしながら、この構成の場合、バッテリへの充電がまだ十分でなく太陽光発電電力が単独が系統に供給される場合は最大電力点追従制御を実施できたが、バッテリが充電されて合成電力が供給されるようになると、太陽光発電電力の最大電力点追従運転ができず、太陽光発電の効率が低下していた。
一方で特許文献２に記載された技術がある。これは、太陽光発電用の系統連系インバータと風力発電用の系統連系インバータとを並列運転し、風力発電電力のバッテリへの充電は、交流で出力される風力発電機出力を整流して直接バッテリに充電している。このように構成することで、太陽光発電と風力発電の双方を並列運転させても太陽光発電電力は最大電力点追従運転が可能となっていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７４３１２号公報
【特許文献２】特開２０００−１１６００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献２の技術は、風力発電電力をバッテリに蓄える際に、風力発電機出力（一般に三相交流電力）を整流器で整流し、整流した出力で直接バッテリに充電する技術が示されているが、この方式では出力電圧がバッテリで固定されるため、風力発電機の最大電力点での運転が行えず、風力発電電力を十分に利用するには至らなかった。
また、系統連系インバータを２台使用するし、風力発電電力を充電するバッテリと風力発電用系統連系インバータ間にバッテリ電力を太陽電池の出力特性に合わせるためコンバータが必要であるため、コスト高であったし装置の設置スペースも大きなものとなっていた。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、風力発電電力と太陽光発電電力の並列運転時においても、両者の最大電力点追従制御運転を実施でき、更に低コストで実現できるハイブリッド系統連系システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、太陽光発電電力を昇圧してリンク部に出力する第１コンバータと、風力発電電力をバッテリに蓄電するための第２コンバータと、前記バッテリに蓄えられた電力を固定電力制御で昇圧して前記リンク部に出力するための第３コンバータと、リンク部の電力を交流変換して系統に出力するインバータとを有し、前記バッテリ電圧を前記風力発電電圧より低く設定して、前記第２コンバータが降圧チョッパによる降圧制御を実施すると共に、前記インバータが前記リンク部電圧が所定値を保持するように出力正弦波電流を調整することを特徴とする。
この構成によれば、第１コンバータは太陽光発電電力を最大電力点追従制御しつつ昇圧してリンク部に出力させることができるし、第２コンバータは風力発電電力を最大電力点追従制御しつつバッテリに蓄電することができる。そして、双方の並列運転時においても両者の最大電力追従制御を継続して行うことができ、両発電電力を十分に利用することができる。
また、風力発電電力と太陽光発電電力を共通のインバータにより電力変換するので、双方が独立したインバータを備える構成に比べてシステムを小形にできコストダウンを図ることができるし、風力発電の最大電力点での電圧がバッテリ電圧以上であるため、弱風時を除いて最大電力点追従制御を容易に実施できる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、第３コンバータは、一次巻線と二次巻線とを有する変圧器を備えた絶縁型コンバータであることを特徴とする。
この発明によれば、商用電力系統と風力発電機が絶縁されるので、風力発電機が絶縁劣化しても系統側の漏電遮断器が作動することがなくなり、そのために負荷への電力供給が停止するようなことがない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１コンバータは太陽光発電電力を最大電力点追従制御しつつ昇圧してリンク部に出力させることができるし、第２コンバータは風力発電電力を最大電力点追従制御しつつバッテリに蓄電することができる。そして、双方の並列運転時においても両者を最大電力追従制御が継続して行うことができ、両発電電力を十分に利用することができる。
また、風力発電電力と太陽光発電電力が共通のインバータにより電力変換されるので、双方が独立したインバータを備える構成に比べてシステムを小形にできコストダウンを図ることができるし、風力発電の最大電力点での電圧がバッテリ電圧以上であるため、弱風時を除いて最大電力点追従制御を容易に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るハイブリッド系統連系システムの一例を示す回路図であり、１は太陽光発電する太陽電池、２は風力発電機、３は太陽光発電電力を昇圧してリンク部Ｒに出力する第１コンバータ、４は風力発電電力をバッテリ５に蓄電するための第２コンバータ、６はバッテリ５に蓄えられた電力を固定電力制御で昇圧してリンク部Ｒに出力する第３コンバータ、７はリンク部Ｒの電圧が所定値になるように出力正弦波電流を調整して系統に電力を出力するインバータである。
尚、９は平滑用コンデンサ、１０は商用電源、１１は発電した電力を供給する負荷を示している。また、第１〜第３コンバータ、及びインバータは、それぞれＣＰＵを有した制御回路により各スイッチング素子がオン／オフ制御されるが、これら制御回路は省略してある。
【００１０】
第１コンバータ３は、スイッチング素子Ｑ１、コイルＬ１等を備えた昇圧チョッパで構成され、太陽電池の１００〜３５０Ｖ程度の発電電圧を３８０Ｖ程度の電圧に変換して、次段のインバータ７の系統連系に必要な電源電圧（リンク電圧）を供給するよう構成されている。そして、最大電力点追従制御により、太陽電池１の出力電力が最大となるように調整しながらリンク部Ｒに電流を出力する。
【００１１】
第２コンバータ４は、風力発電機２の発電電力をバッテリ５に充電するための充電装置であり、スイッチング素子Ｑ２、コイルＬ２等を備えた降圧チョッパで構成されている。そして、出力電流（二次電流）を制御することで、風力発電機２の出力電力が最大となるよう風力発電機２の回転数を調整し、最大電力点追従制御を実施して二次側に接続されたバッテリ５に充電する。
【００１２】
例えば、風力発電機２が２４Ｖバッテリ接続用である場合、バッテリ５も例えば２４Ｖ充電のものが使用される。正確に表現すれば、風力発電機２は最大電力点電圧がバッテリ電圧より高いものが使用され、降圧制御して充電される。
２４Ｖバッテリ接続用の風力発電機２は、例えば図２に示すような出力電力と回転数の関係を有し、この図２から例えば風速５．４ｍ／ｓ以上では最大電力点の電圧が２４Ｖ以上となることがわかる。そして、風力発電機２の回転数は第２コンバータ４の出力電流を変化させることで調整できるため、二次電流制御により風力発電機２の最大電力点追従制御が可能となる。
尚、最大電力点の電圧が２４Ｖ以下となる風速では、スイッチング素子Ｑ２を連続オンしてバッテリ５の直結動作が行われる。
【００１３】
第３コンバータ６は、スイッチング素子Ｑ３の組から成るフルブリッジ回路で構成した入力部１３と、一次巻線１４ａと二次巻線１４ｂから成るトランス１４と、ダイオードブリッジ回路で構成した出力回路１５を備えたＤＣ−ＤＣコンバータで構成された絶縁型のコンバータで構成されている。そして、バッテリ５の充電電圧が所定値まで上昇した場合に、第１コンバータ３と並列運転して系統連系に必要な電圧（リンク電圧）を次段のインバータ７に供給するためにバッテリ電圧を昇圧する。バッテリ５は最大電力点がないため、固定電力制御により一定電流をリンク部Ｒに出力し、バッテリ電圧が所定値まで下降したら停止する。
【００１４】
インバータ７は電力変換装置であり、スイッチング素子Ｑ４の組から成るフルブリッジ回路とコイルＬ４及びコンデンサＣ４等で構成され、リンク部Ｒの直流電力を交流電力に変換して系統（商用電力系統）に正弦波電流を出力する。但し、変換する際にリンク部Ｒの電圧を一定（例えば、３８０Ｖで一定）に保つ制御を実施している。具体的に、リンク部Ｒの電圧が下降した場合は上昇させるために出力電流を減少させ、リンク部Ｒの電圧が上昇した場合は下降させるために出力電流を増加させる制御を実施し、直流電力を交流電力に変換している。
【００１５】
このように、第１コンバータは太陽光発電電力を最大電力点追従制御しつつ昇圧してリンク部に出力させることができるし、第２コンバータは風力発電電力を最大電力点追従制御しつつ降圧してバッテリに蓄電することができる。また、双方の並列運転時においても両者の最大電力追従制御を継続して行うことができ、両発電電力を十分に利用することができる。
更に、風力発電電力と太陽光発電電力が共通のインバータにより電力変換されるので、双方で独立したインバータを備える構成に比べてシステムを小形にできコストダウンを図ることができるし、風力発電の最大電力点での電圧が常にバッテリ電圧以上であるため、弱風時を除いて最大電力点追従制御を容易に実施できる。
また、第３コンバータを絶縁型とすることで、商用電力系統と風力発電機とが絶縁され、風力発電機の絶縁劣化により系統側の漏電遮断器が作動することがなくなり、風力発電機の絶縁劣化により負荷への電力供給が停止するようなことがない。
【００１６】
尚、上記実施形態は、第３コンバータを絶縁型で構成しているが、第２コンバータのように１組のコイルとスイッチング素子とで構成しても良い。
また、風力発電機を２４Ｖ対応、バッテリも２４Ｖとして説明しているが、風力発電機の出力電圧特性とバッテリ電圧の関係はこれに限定するものでなく、第２コンバータが降圧制御により最大電力点追従制御を良好に実施できる関係であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るハイブリッド系統連系システムの実施形態の一例を示す回路図である。
【図２】風力発電機の出力特性の一例を示す出力電力−回転数特性図である。
【符号の説明】
【００１８】
１・・太陽電池、２・・風力発電機、３・・第１コンバータ、４・・第２コンバータ、５・・バッテリ、６・・第３コンバータ、７・・インバータ、１４・・変圧器、１４ａ・・一次巻線、１４ｂ・・二次巻線。
【図１】
2009207234.tif 000003
【図２】
2009207234.tif 000004