JP4468372B2 - Photovoltaic power generation system and its boosting unit - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットに関するものであり、特に、太陽電池回路の発電電圧をパワーコンディショナの入力動作範囲内に上昇させ、太陽電池回路の直流電力を交流電力に変換して商用電力と系統連系する太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットに関するものである。 The present invention relates to a photovoltaic power generation system and a boosting unit thereof, and in particular, increases the power generation voltage of a solar cell circuit within an input operation range of a power conditioner, and converts the DC power of the solar cell circuit into AC power. The present invention relates to a photovoltaic power generation system interconnected with commercial power and a booster unit thereof.
太陽光発電システムは、太陽電池回路によって発電した直流電力をパワーコンディショナによって交流電力に変換するとともに、電力会社から供給される一般の商用電源と連系することで、余剰電力は系統側へ回生し、不足電力は系統側から供給されるようにした発電システムである。従来、この種の太陽光発電システムの一般的な構成として、例えば下記特許文献1に示されるようなものがある。図4は、特許文献1に示される太陽光発電システムの昇圧ユニットの一例を示す図である。 The solar power generation system converts the DC power generated by the solar cell circuit into AC power by the power conditioner and links it with general commercial power supplied from the power company, so that surplus power is regenerated to the grid side. However, the insufficient power is a power generation system that is supplied from the grid side. Conventionally, as a general configuration of this type of photovoltaic power generation system, for example, there is a configuration shown in Patent Document 1 below. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a boosting unit of the photovoltaic power generation system disclosed in Patent Document 1.
図4において、昇圧ユニット101は、複数の太陽電池モジュールの直列接続で構成される1単位(以下「太陽電池回路」と呼称)である太陽電池回路100aが接続される標準入力部110と、太陽電池回路100bが接続される昇圧入力部112と、を備えている。標準入力部110は、昇圧回路を具備しない入力部であり、パワーコンディショナ102の入力動作範囲内の電圧を昇圧することなく供給可能な太陽電池回路の直列接続数を必要とする入力部である。一方、昇圧入力部112は、昇圧回路を具備する入力部であり、昇圧回路により太陽電池回路の電圧をパワーコンディショナの動作範囲まで昇圧する入力部である。標準入力部110および昇圧入力部112には、それぞれの入力段に開閉器が設けられ、各出力は昇圧ユニット101内で接続されて一系列にまとめられ、パワーコンディショナ102に出力される。パワーコンディショナ102では、昇圧ユニット101から出力された太陽電池回路の直流電力が交流電力に変換され、商用電力系統104と接続されて系統連系を行う。なお、同図に示す昇圧ユニットでは、図面簡略化のため2つの太陽電池回路(100a,100b)のみを示しているが、通常はさらに多くの太陽電池回路が入力されることもある。また、太陽光発電システムの系統連系に関しては、既存の技術であるため詳細な説明は省略する。
In FIG. 4, the
太陽電池回路100bが接続される昇圧入力部112には、リアクトル、スイッチング素子、ダイオード、コンデンサ等からなる主回路と、入力電圧Vs2および出力電圧Vo2に基づいて主回路のスイッチング素子に制御信号Sg2を供給する制御回路114と、出力電圧Vo2および温度センサが検知したスイッチング素子の温度T2に基づいて異常時に入力部の開閉器をトリップするためのトリップ信号を生成出力するトリップ信号発生部116と、が設けられている。
The
昇圧入力部112の昇圧回路は、昇圧回路を必要としない太陽電池回路100aの直列接続数(n1)と昇圧回路を必要とする太陽電池回路100bの直列接続数(n2)との比を目標昇圧比α*(α*=n1/n2)として設定し、昇圧比一定制御を行う。昇圧入力部112の制御回路114は、実際の出力電圧Vo2と入力電圧Vs2との比である実昇圧比α(α=Vo2/Vs2)と目標昇圧比α*とを比較し、その誤差が小さくなるようにスイッチング素子へ伝送する信号Sg2のオン・オフ時間を最適化するように制御する。
The booster circuit of the
図5は、直列接続数の異なる太陽電池回路の電圧−電力特性(以下単に「V−P特性」という)を示す図である。同図(a)には標準入力部110に接続される太陽電池回路100aのV−P特性を実線(L1)で示し、昇圧入力部112に接続される太陽電池回路100bのV−P特性を破線(L2)で示している。同図(a)において、太陽電池回路の直列接続数の比で表される目標昇圧比α*は、各入力部の開放電圧の比(Vo1/Vo2)と等しくなる。また、各太陽電池回路が最大出力となる電圧の比(Vp1/Vp2)も目標昇圧比α*と略等しくなる。したがって、昇圧比一定制御により昇圧入力部112に接続される太陽電池回路100bのV−P特性は同図(b)の破線(L4)で示すようになり、昇圧入力部112の最大電力点P2maxが昇圧後にはP2max’に移動する。このとき、パワーコンディショナ102は、太線(L5)で示す標準入力部110と昇圧入力部112の合成出力特性のPmax点で動作することになり、入力電力の最大電力を引き出すことができる。結果として、標準入力部110の太陽電池回路100aと、昇圧入力部112の太陽電池回路100bとは、それぞれの出力電力が最大となる点で動作させることができる。
FIG. 5 is a diagram showing voltage-power characteristics (hereinafter simply referred to as “VP characteristics”) of solar cell circuits having different numbers of series connections. In FIG. 8A, the VP characteristic of the
このように、昇圧ユニット101の出力に接続されるパワーコンディショナ102が運転状態にあるとき、昇圧入力部112は、目標昇圧比α*が一定となるような目標昇圧比一定制御を行う。一方、昇圧ユニットの出力に接続されたパワーコンディショナ102が運転状態にないときは、昇圧ユニット101は無負荷状態に置かれることになり、昇圧入力部112の昇圧回路が昇圧動作を行うと出力電圧が上昇し、パワーコンディショナ102の入力電圧が許容入力電圧範囲を超えることになる。昇圧入力部112は、このような状態を検出し、昇圧ユニット101の出力電圧がパワーコンディショナ102の許容入力電圧範囲内に納まるような定電圧制御を行う。
Thus, when the
他方、定電圧制御を行っていても、昇圧ユニット101の出力電圧がパワーコンディショナ102の許容入力電圧範囲を超える場合には、昇圧入力部112のトリップ信号発生部116が出力電圧Vo2の過電圧を検出し、入力段のブレーカ121をトリップして太陽電池回路との線路を開放することで、昇圧ユニット101とパワーコンディショナ102とが破損することを防止している。
On the other hand, even if constant voltage control is performed, if the output voltage of the
また、昇圧入力部112のスイッチング素子122が短絡故障などを起こし、太陽電池回路100bの短絡電流が継続して流れ続けるような場合には、スイッチング素子122の周辺に設置された温度センサ124により異常な温度上昇値がトリップ信号発生部116で検出され、入力段のブレーカ121をトリップして太陽電池回路100bとの線路を開放して太陽電池回路100bの短絡電流が継続して流れることを防止している。
In addition, when the
ところで、昇圧ユニットの昇圧回路が安定して運転しているとき、パワーコンディショナの保護機能が作動してパワーコンディショナが停止したときには、昇圧ユニットにとって急激な無負荷状態が発生したこととなり、昇圧ユニットの出力電圧がパワーコンディショナの入力電圧範囲内の上限を超える場合がある。このような状態に陥った場合、トリップ信号発生部が過電圧を検出して昇圧回路の入力ブレーカをトリップして太陽電池回路の線路を開放するように制御するが、万一、トリップ信号発生部が故障していると過電圧を検出できず、昇圧回路の出力が異常な過電圧となり、昇圧ユニット、パワーコンディショナが破損する可能性があるといった問題点があった。 By the way, when the booster unit's booster circuit is operating stably, when the power conditioner protection function is activated and the power conditioner is stopped, an abrupt no-load condition has occurred for the booster unit. The output voltage of the unit may exceed the upper limit within the input voltage range of the inverter. In such a situation, the trip signal generator detects an overvoltage and controls the input circuit of the booster circuit to trip to open the line of the solar cell circuit. If there is a failure, the overvoltage cannot be detected, the output of the booster circuit becomes an abnormal overvoltage, and the booster unit and the power conditioner may be damaged.
また、従来の昇圧ユニットは、上述のように、トリップ信号発生部が出力電圧の過電圧や異常な温度上昇値を検出する場合、昇圧回路の入力ブレーカをトリップして太陽電池回路の線路を開放するようにしていた。しかし、一般的に太陽電池回路のような直流電力をトリップする開閉器(例えば電磁接触器)は非常に高価であり、部品サイズも比較的大きいので、製品のコストが上昇するとともに、製品のサイズも大型化するという問題点があった。 Further, as described above, when the trip signal generator detects an overvoltage of the output voltage or an abnormal temperature rise value, the conventional boosting unit trips the input breaker of the boosting circuit and opens the line of the solar cell circuit. It was like that. However, in general, a switch (such as a magnetic contactor) that trips DC power such as a solar cell circuit is very expensive and the component size is relatively large, which increases the cost of the product and increases the size of the product. However, there was a problem of increasing the size.
さらに、従来の昇圧ユニットは、昇圧回路を必要としない太陽電池回路100aの直列接続数(n1)と昇圧回路を必要とする太陽電池回路100bの直列接続数(n2)の比を目標昇圧比α*(α*=n1/n2)として設定し、昇圧比一定制御を行うが、太陽電池回路100aに対して太陽電池回路100bの枚数が1枚だけ少ない場合など、目標とする昇圧比が小さいときに、太陽電池回路のばらつきや、太陽光の照射の程度などにより実際の昇圧比がほとんど1に等しくなるような場合に、昇圧回路の間欠動作により耳障りな騒音を発する可能性があった。
Further, in the conventional boosting unit, the ratio of the number of series connections (n1) of
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、昇圧ユニットに対して急激な無負荷状態が発生した場合であっても、昇圧ユニットや、パワーコンディショナの破損防止を確実に行うことのできる太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットを提供することを第1の目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and reliably prevents damage to the boosting unit and the power conditioner even when a sudden no-load state occurs in the boosting unit. It is a first object of the present invention to provide a photovoltaic power generation system and a boosting unit thereof.
また、本発明は、直流電力をトリップするための高価な開閉器を用いることなく、同機能をコンパクト、かつローコストで実現可能な太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットを提供することを第2の目的とする。 It is a second object of the present invention to provide a photovoltaic power generation system capable of realizing the same function at a low cost without using an expensive switch for tripping DC power, and a boosting unit thereof. And
また、本発明は、昇圧回路の間欠動作によって発生する可能性のある耳障りな騒音を効果的に防止することができる太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットを提供することを第3の目的とする。 The third object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation system and its boosting unit that can effectively prevent annoying noise that may be generated by intermittent operation of the boosting circuit.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる太陽光発電システムは、太陽電池回路の直流出力を交流に変換して商用電力系統と連系する太陽光発電システムにおいて、複数の太陽電池回路と、前記複数の太陽電池回路のそれぞれに接続され、該接続された太陽電池回路から出力される直流電圧を昇圧する昇圧回路を具備してなる昇圧ユニットと、前記昇圧ユニットから出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備え、前記昇圧回路は、前記太陽電池回路出力の昇圧前出力電圧と昇圧後出力電圧とに基づいて昇圧比を可変する制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路から出力された制御信号に基づいて昇圧比を可変するスイッチング素子と、を備え、前記制御回路は、前記昇圧回路の出力を停止させる必要が生じたときに、前記スイッチング素子への制御信号出力を停止することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a photovoltaic power generation system according to the present invention includes a plurality of photovoltaic power generation systems that convert a direct current output of a solar cell circuit into an alternating current and are connected to a commercial power system. A booster unit comprising a solar cell circuit, a booster circuit connected to each of the plurality of solar cell circuits and boosting a DC voltage output from the connected solar cell circuit; and output from the booster unit A power conditioner that converts DC power to AC power, and the booster circuit outputs a control signal that varies the boost ratio based on the output voltage before boosting and the output voltage after boosting of the solar cell circuit output And a switching element that varies a boost ratio based on a control signal output from the control circuit, and the control circuit outputs an output of the boost circuit. When necessary to locked occurs, characterized in that it stops the control signal output to the switching element.
この発明によれば、昇圧ユニットには、複数の太陽電池回路のそれぞれに接続される昇圧回路が備えられ、また、昇圧回路には、太陽電池回路出力の昇圧前出力電圧と昇圧後出力電圧とに基づいて昇圧比を可変する制御信号を出力する制御回路が備えられ、制御回路は、昇圧回路の出力を停止させる必要が生じたときに、昇圧比を可変するためのスイッチング素子への制御信号出力を停止する。 According to the present invention, the boosting unit includes the booster circuit connected to each of the plurality of solar cell circuits, and the booster circuit includes the output voltage before boosting and the output voltage after boosting of the solar cell circuit output. And a control circuit that outputs a control signal that varies the boost ratio based on the control signal, and the control circuit outputs a control signal to the switching element for varying the boost ratio when the output of the boost circuit needs to be stopped. Stop output.
本発明にかかる太陽光発電システムによれば、昇圧回路の出力を停止させる必要が生じたときに、スイッチング素子への制御信号出力を停止するようにしているので、過電圧検出による保護を高価な直流開閉器を製品に搭載してトリップする必要がなく、装置コストを低減化し、装置規模を小型化することができるという効果を奏する。 According to the photovoltaic power generation system according to the present invention, when the output of the booster circuit needs to be stopped, the control signal output to the switching element is stopped. There is no need to trip a switch mounted on a product, and it is possible to reduce the device cost and reduce the device scale.
以下に、本発明にかかる太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a photovoltaic power generation system and a boosting unit thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
図1は、本発明にかかる昇圧ユニットを含む太陽光発電システムの構成を示す図である。なお、同図に示す昇圧ユニットでは、図面簡略化のため3つの太陽電池回路10a,10b,10cを示しているが、太陽電池回路入力数や、昇圧回路の数が拡張できることは言うまでもない。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system including a boosting unit according to the present invention. In the boosting unit shown in the figure, three
図1において、例えば、寄棟屋根などの小スペースの屋根面にそれぞれ設置された太陽電池回路10a,10b,10cが昇圧ユニット11に接続されている。昇圧ユニット11には、太陽電池回路10a,10bのそれぞれに接続される昇圧回路20a,20bと、太陽電池回路10cに接続されている標準入力部18と、が搭載されており、これらの昇圧回路20a,20bおよび標準入力部18の出力が昇圧ユニット11内で接続されて一系列にまとめられ、パワーコンディショナ12に出力される。パワーコンディショナ12には、商用系統電圧を生成するための昇圧回路、太陽電池回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、系統連系するための保護装置等(いずれも図示省略)が内蔵されており、太陽電池回路の最大出力動作点で動作するように太陽電池回路の出力を制御(最大電力点追従制御)するとともに、商用電力系統14と連系するための各種処理を行う。
In FIG. 1, for example,
つぎに、昇圧回路20aを用いて本発明の昇圧ユニットにかかる昇圧回路の構成を説明する。図1において、昇圧回路20aは、リアクトル23、スイッチング素子24、ダイオード25、コンデンサ26,27、温度センサ28、電流センサ29などから構成される主回路と、制御回路21aと、を備えている。制御回路21aには、太陽電池回路10aの入力電圧Vs1と、昇圧回路20aの出力電圧Vo1、電流センサ29によって検出されたスイッチング素子オン時のリアクトル23の電流IL1、および温度センサ28による昇圧ユニット内部の雰囲気温度T1の各信号が入力される。制御回路21aは、これらの各信号が入力されるセンサ回路や、制御の中心となるマイクロコンピュータ(以下「マイコン」と呼称)(いずれも図1では図示省略)などを備えている。マイコンからは主回路のスイッチング素子をオン/オフするためのゲート信号Sg1の指令値が出力され、目標とする電圧値に昇圧された昇圧出力が生成される。また、各昇圧回路の制御回路同士は、出力過電圧保護信号Voerrと、制御回路のマイコンにより外部への出力を許可された時の入力電圧値Vspmaxとが、それぞれ電気的に接続されている。
Next, the configuration of the booster circuit according to the booster unit of the present invention using the
つぎに、昇圧ユニット11の動作について簡単に説明する。昇圧ユニット11の各昇圧回路内のマイコンは、接続されている各太陽電池回路のV−P特性上における現在の動作点を常時監視し、この動作点が最大電力点になるように太陽電池回路を制御する。なお、この制御は、例えば、入力電圧(Vs)の微小変化量に対する入力電力(Ps)の微小変化量(dPs/dVs)を算出し、この微小変化量(dPs/dVs)がほぼ0に近い値となる領域を探索するような手法を用いることができる。太陽電池回路個々の最大電力点での動作が確定できたところで、この最大電力点における太陽電池回路の出力電圧値(以下「最大出力動作電圧値」と呼称)が出力され、各制御回路には、それぞれ接続されている太陽電池回路の最大出力動作電圧値の中で最も高い電圧値(以下「最大出力動作電圧値の最大値」と呼称)が設定される。各昇圧回路は、この最大出力動作電圧値の最大値を目標値として昇圧比を設定し、昇圧動作を行う。ただし、最大出力動作電圧値の最大値がパワーコンディショナの定格出力可能な最低電圧値よりも低い場合には、各昇圧回路は、パワーコンディショナにおける定格出力可能な最低入力電圧値を目標電圧として昇圧比を設定し、昇圧動作を行う。 Next, the operation of the boosting unit 11 will be briefly described. The microcomputer in each booster circuit of the booster unit 11 constantly monitors the current operating point on the VP characteristic of each connected solar cell circuit, and the solar cell circuit so that this operating point becomes the maximum power point. To control. In this control, for example, the minute change amount (dPs / dVs) of the input power (Ps) with respect to the minute change amount of the input voltage (Vs) is calculated, and the minute change amount (dPs / dVs) is almost zero. It is possible to use a technique for searching for a region to be a value. When the operation at the maximum power point of each solar cell circuit has been determined, the output voltage value of the solar cell circuit at this maximum power point (hereinafter referred to as “maximum output operating voltage value”) is output, The highest voltage value (hereinafter referred to as “the maximum value of the maximum output operating voltage value”) among the maximum output operating voltage values of the connected solar cell circuits is set. Each booster circuit sets a boost ratio with the maximum value of the maximum output operating voltage value as a target value, and performs a boosting operation. However, if the maximum value of the maximum output operating voltage value is lower than the minimum voltage value at which the rated output of the inverter can be rated, each booster circuit uses the minimum input voltage value at which the rated output of the inverter can be output as the target voltage. A boost ratio is set and a boost operation is performed.
このように、通常時は、パワーコンディショナ12における定格出力可能な入力電圧範囲に昇圧された昇圧ユニット11の出力電圧がパワーコンディショナ12に入力されるのでパワーコンディショナ12は、各太陽電池回路の最大電力を効率よく引き出すことができる。
In this way, normally, the output voltage of the boosting unit 11 boosted to the input voltage range in which the rated output is possible in the
つぎに、昇圧ユニット11に接続されるパワーコンディショナ12が保護動作などで急に停止した場合について考える。このとき、昇圧ユニット11は無負荷状態に置かれていることになり、昇圧動作を行っている昇圧回路の出力電圧が急激に上昇し、パワーコンディショナ102の入力電圧が許容入力電圧範囲を超えることになる。このような状態に陥った場合、上述した従来技術では、昇圧回路のトリップ信号発生部が過電圧を検出して昇圧回路のブレーカをトリップして太陽電池回路の線路を開放するように制御していた。しかしながら、自身のトリップ信号発生部が故障している場合には過電圧を検出することができず、昇圧回路の出力が異常な過電圧となり、昇圧ユニット、パワーコンディショナが破損する可能性があった。
Next, consider a case where the
そこで、本発明では、各昇圧回路の制御回路を図2のように構成し、前述の問題点を解決するようにしている。ここで、図2は、本発明にかかる各制御回路の構成および各制御回路間の接続構成を示す図である。同図に示す制御回路では、一系列にまとめられた各昇圧回路の出力電圧に基づいて生成された過電圧検出信号を自身の昇圧回路だけでなく他の昇圧回路に対しても送信するようにしている。 Therefore, in the present invention, the control circuit of each booster circuit is configured as shown in FIG. 2 to solve the above-mentioned problems. Here, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of each control circuit according to the present invention and a connection configuration between the control circuits. In the control circuit shown in the figure, an overvoltage detection signal generated based on the output voltage of each booster circuit grouped in a series is transmitted not only to its own booster circuit but also to other booster circuits. Yes.
つぎに、本発明の昇圧ユニットの昇圧回路内に具備される制御回路の構成について説明する。図2において、制御回路21aは、一系列にまとめられた各昇圧回路(すなわち昇圧ユニット11)の出力電圧の出力電圧(Vo1)を検出する過電圧検出回路31aと、過電圧検出回路31aの出力にそれぞれ接続されるゲート駆動回路32aおよびマイコン33aとを、備えている。また、マイコン33aの制御信号がゲート駆動回路32aに接続されるように構成されている。さらに、他の昇圧回路である制御回路21bも制御回路21aと同様に構成されるとともに、各制御回路の過電圧検出回路31a、31bの過電圧検出信号が自身だけでなく他の制御回路にも出力されるように構成されている。
Next, the configuration of the control circuit provided in the booster circuit of the booster unit of the present invention will be described. In FIG. 2, the
つぎに、制御回路の動作について説明する。なお、昇圧回路20a、20bの各出力は昇圧ユニット11の出力段で一系列にまとめられているため過渡状態を除いて同一の出力値を出力するはずであるが、説明の便宜上これらの出力をVo1,Vo2として示している。図2において、出力電圧Vo1を検出している制御回路21a内の過電圧検出回路31aが過電圧を検出すると、Vo1過電圧検出信号がマイコン33aに出力されるとともに、ゲート駆動回路32aにも出力される。このとき、ゲート駆動回路32aから、スイッチング素子24のスイッチング動作を停止する信号が出力される。このVo1過電圧検出信号は、ハード的に接続されている他の昇圧回路の制御回路21bにも出力される。このように構成された昇圧ユニットによれば、万一、制御回路21aの過電圧検出回路31aが故障した場合であっても、他の正常な昇圧回路の制御回路(本実施の形態では、制御回路21bの過電圧検出回路31b)が過電圧を検出し、破線で示すように正常な制御回路21bの過電圧検出回路31bからの信号により、過電圧検出回路が故障している昇圧回路のスイッチング素子24の動作を停止することが可能となる。
Next, the operation of the control circuit will be described. Since the outputs of the
図3−1は、スイッチング素子をオン制御する制御パルス幅(G1)がオフ制御する制御パルス幅(G2)に比して極端に小さくない場合の一例を示す図であり、図3−2は、スイッチング素子をオン制御する制御パルス幅(G3)がオフ制御する制御パルス幅(G4)に比して極端に小さい場合の一例を示す図である。なお、図3−1および図3−2において、縦軸は太陽電池回路出力の正極側線路に接続されるスイッチング素子のコレクタ端子と、負極側線路に接続されるスイッチング素子のエミッタ端子と、の間の端子電圧(VCE)を用いて示している。 FIG. 3A is a diagram illustrating an example in which the control pulse width (G1) for turning on the switching element is not extremely small as compared to the control pulse width (G2) for turning off the switching element. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a case where a control pulse width (G3) for turning on a switching element is extremely smaller than a control pulse width (G4) for performing off control. In FIGS. 3A and 3B, the vertical axis represents the collector terminal of the switching element connected to the positive line of the solar cell circuit output and the emitter terminal of the switching element connected to the negative line. A terminal voltage (V CE ) is used.
図3−1に示すように、昇圧回路のスイッチング素子は、通常時、すなわち適度な昇圧比に設定されているときは、数十kHz程度の固定周波数でオン・オフの割合が変化するスイッチング動作を行っている。一方、昇圧比が小さくなるにしたがって、スイッチング素子のオン時間が短くなり、出力電圧と入力電圧の差がほとんどない状態では、基本スイッチング周期内でのオン時間がほとんどなくなり、図3−2に示すようなスイッチング素子をオン制御する制御パルス幅がオフ制御する制御パルス幅に比して極端に小さい状態となる。この状態では、スイッチング素子のスイッチング動作が間欠動作となり、この間欠動作に基づく数kHz程度の周波数成分を有する耳障りな騒音を発生させる可能性がある。 As shown in FIG. 3A, the switching element of the booster circuit is a switching operation in which the ON / OFF ratio changes at a fixed frequency of about several tens of kHz at normal time, that is, when an appropriate boost ratio is set. It is carried out. On the other hand, as the step-up ratio becomes smaller, the on-time of the switching element becomes shorter. When there is almost no difference between the output voltage and the input voltage, the on-time within the basic switching period is almost eliminated, as shown in FIG. The control pulse width for on-control of such a switching element is extremely smaller than the control pulse width for off-control. In this state, the switching operation of the switching element becomes an intermittent operation, and there is a possibility that annoying noise having a frequency component of about several kHz based on the intermittent operation is generated.
他方、このような状況時においては、昇圧回路に入力される太陽電池回路の最大出力動作電圧と、目標とする太陽電池回路の最大出力点電圧との間には、ほとんど差がないため、昇圧する必要はない。したがって、昇圧動作を行う昇圧比に所定のしきい値を設定し、昇圧比がこの所定のしきい値未満のときは、昇圧回路を停止して間欠的なスイッチング動作を行わないように制御する。このような制御を行うことによって、昇圧ユニットから発生する騒音を防止することができる。 On the other hand, in such a situation, there is almost no difference between the maximum output operating voltage of the solar cell circuit input to the booster circuit and the maximum output point voltage of the target solar cell circuit. do not have to. Therefore, a predetermined threshold value is set for the boost ratio at which the boost operation is performed, and when the boost ratio is less than the predetermined threshold value, the booster circuit is stopped and the intermittent switching operation is not performed. . By performing such control, noise generated from the boosting unit can be prevented.
なお、この制御の考え方は、温度センサ出力に基づいて昇圧回路を停止させる場合にも応用できる。従来の温度制御では、昇圧回路は、温度センサにより内部の雰囲気温度を検出し、この内部雰囲気温度が所定の温度レベルに達しているときは直ちに昇圧回路を停止するようにしていた。一方、内部の雰囲気温度が所定のレベルに達したときは、直ちに昇圧回路を停止するのではなく、内部雰囲気温度が所定の温度以上に上昇しないように昇圧回路の主回路に流れる電流を減少させて、出力電力を抑制するようにしてもよい。このような制御を行うことにより、内部雰囲気温度が所定の温度以上に上昇しないようにスイッチング素子のオン・オフの比率を可変して昇圧回路の主回路に流れる電流を減少させ、出力電力を抑制するようにすればよい。もし、出力電力を抑制しても温度が上昇するような場合は、スイッチング素子のゲート信号をオフして昇圧回路を停止させるようにすればよい。 This control concept can also be applied to the case where the booster circuit is stopped based on the temperature sensor output. In the conventional temperature control, the booster circuit detects the internal ambient temperature with a temperature sensor, and immediately stops the booster circuit when the internal ambient temperature reaches a predetermined temperature level. On the other hand, when the internal ambient temperature reaches a predetermined level, the booster circuit is not stopped immediately, but the current flowing through the main circuit of the booster circuit is reduced so that the internal ambient temperature does not rise above the predetermined temperature. Thus, the output power may be suppressed. By performing such control, the on / off ratio of the switching element can be varied so that the internal ambient temperature does not rise above the specified temperature, thereby reducing the current flowing through the main circuit of the booster circuit and suppressing the output power. You just have to do it. If the temperature rises even if the output power is suppressed, the booster circuit may be stopped by turning off the gate signal of the switching element.
なお、この実施の形態では、スイッチング素子のスイッチング制御が数十kHz程度の固定周波数を用いてオン・オフのパルス幅の比を可変するような昇圧回路の構成を一例として説明しているが、スイッチング周波数が固定周波数である必要はなく、可変周波数のスイッチング制御が行われるような構成の昇圧回路に対しても適用できることは、言うまでもないことである。 In this embodiment, the configuration of the booster circuit in which the switching control of the switching element changes the ON / OFF pulse width ratio using a fixed frequency of about several tens of kHz is described as an example. It goes without saying that the switching frequency need not be a fixed frequency, and can be applied to a booster circuit configured to perform variable frequency switching control.
以上説明したように、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、制御回路には、自身の昇圧回路の出力電圧が所定の電圧値を超えたか否かを検出する過電圧検出回路がさらに備えられ、一の昇圧回路の制御回路に具備される過電圧検出回路が、検出した過電圧検出信号を他の昇圧回路の制御回路に出力するようにしているので、出力過電圧に対する保護の確実性を高め、過電圧による昇圧ユニットやその出力が接続されるパワーコンディショナに対して過電圧に起因する破損を防止することができる。 As described above, according to the photovoltaic power generation system and its boosting unit of this embodiment, the control circuit has an overvoltage detection that detects whether or not the output voltage of its own boosting circuit has exceeded a predetermined voltage value. A circuit is further provided, and the overvoltage detection circuit provided in the control circuit of one booster circuit outputs the detected overvoltage detection signal to the control circuit of another booster circuit, so that the protection against the output overvoltage is ensured. It is possible to improve the performance, and it is possible to prevent damage due to overvoltage to the booster unit due to overvoltage and the power conditioner to which the output is connected.
また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、昇圧回路の出力を停止させる必要が生じたときに、スイッチング素子への制御信号出力を停止するようにしているので、過電圧検出による保護を、高価な直流開閉器を製品に搭載してトリップする必要がなく、装置コストの低減化、および装置規模の小型化が可能となる。 Further, according to the photovoltaic power generation system and its boosting unit of this embodiment, when it is necessary to stop the output of the booster circuit, the control signal output to the switching element is stopped. For protection by detection, it is not necessary to trip an expensive DC switch mounted on the product, and the device cost can be reduced and the device scale can be reduced.
また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、自身が設定した昇圧比が所定のしきい値未満の場合に、昇圧回路の昇圧動作を停止するようにしているので、昇圧回路の間欠的なスイッチングを防止し、当該スイッチングに起因する騒音を防止することができる。 Moreover, according to the photovoltaic power generation system and its boosting unit of this embodiment, when the boosting ratio set by itself is less than a predetermined threshold, the boosting operation of the boosting circuit is stopped. Intermittent switching of the booster circuit can be prevented, and noise resulting from the switching can be prevented.
また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、昇圧回路の雰囲気温度が所定のレベルに達している場合に、スイッチング素子への制御信号に基づいて昇圧回路に流れる電流を減少させ、昇圧回路、あるいは昇圧ユニット内の温度が上昇しないように制御して発電時間を可能な限り確保するようにしているので、太陽電池回路の電力利用率を高めることができる。 Further, according to the photovoltaic power generation system and its boosting unit of this embodiment, when the atmospheric temperature of the boosting circuit reaches a predetermined level, the current flowing through the boosting circuit is determined based on the control signal to the switching element. Since the power generation time is ensured as much as possible by controlling so that the temperature in the booster circuit or the booster unit does not rise, the power utilization rate of the solar cell circuit can be increased.
以上のように、本発明にかかる太陽光発電システムは、無尽蔵の太陽エネルギーを利用するクリーンな発電システムとして有用であり、また、その昇圧ユニットは、太陽光発電システムを実現する構成品として有用である。 As described above, the solar power generation system according to the present invention is useful as a clean power generation system using inexhaustible solar energy, and the boosting unit is useful as a component for realizing the solar power generation system. is there.
10a,10b,10c,100a,100b 太陽電池回路
11,101 昇圧ユニット
12,102 パワーコンディショナ
14,104 商用電力系統
18,110 標準入力部
20a,20b 昇圧回路
21a,21b,114 制御回路
23 リアクトル
24,30,122 スイッチング素子
25 ダイオード
26,27 コンデンサ
28,124 温度センサ
29 電流センサ
31a,31b 過電圧検出回路
32a,32b ゲート駆動回路
33a,33b マイコン
112 昇圧入力部
116 トリップ信号発生部
121 ブレーカ
10a, 10b, 10c, 100a, 100b
Claims (6)
前記昇圧回路は、
前記太陽電池回路出力の昇圧前出力電圧と昇圧後出力電圧とに基づいて昇圧比を可変する制御信号を出力する制御回路と、
前記制御回路から出力された制御信号に基づいて昇圧比を可変するスイッチング素子と、
を備え、
前記制御回路は、
前記昇圧回路の出力を停止させる必要が生じたときに、前記スイッチング素子への制御信号出力を停止すると共に、自身が設定した昇圧比が所定のしきい値未満の場合に、自身が含まれる昇圧回路の昇圧動作を停止することを特徴する太陽光発電システム。A plurality of solar cell circuits; a booster unit including a booster circuit capable of boosting a DC voltage output from the plurality of solar cell circuits; a power conditioner that converts DC power output from the booster unit into AC power; A solar power generation system comprising:
The booster circuit includes:
A control circuit that outputs a control signal that varies the boost ratio based on the output voltage before boosting and the output voltage after boosting of the solar cell circuit output;
A switching element that varies a boost ratio based on a control signal output from the control circuit;
With
The control circuit includes:
When it is necessary to stop the output of the booster circuit, the control signal output to the switching element is stopped , and when the boost ratio set by itself is less than a predetermined threshold, the booster included in itself A photovoltaic power generation system characterized by stopping the step-up operation of the circuit .
一の昇圧回路の制御回路に具備される過電圧検出回路は、検出した過電圧検出信号を他の昇圧回路の制御回路に出力することを特徴する請求項1に記載の太陽光発電システム。The control circuit further includes an overvoltage detection circuit that detects whether or not the output voltage of its own booster circuit exceeds a predetermined voltage value,
2. The photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the overvoltage detection circuit included in the control circuit of one booster circuit outputs the detected overvoltage detection signal to the control circuit of another booster circuit. 3.
前記昇圧回路は、
前記太陽電池回路出力の昇圧前出力電圧と昇圧後出力電圧とに基づいて昇圧比を可変する制御信号を出力する制御回路と、
前記制御回路から出力された制御信号に基づいて昇圧比を可変するスイッチング素子と、
を備え、
前記制御回路は、自身が含まれる昇圧回路の雰囲気温度が所定のレベルに達している場合に、前記スイッチング素子への制御信号に基づいて該昇圧回路に流れる電流を減少させることを特徴する太陽光発電システム。A plurality of solar cell circuits; a booster unit including a booster circuit capable of boosting a DC voltage output from the plurality of solar cell circuits; a power conditioner that converts DC power output from the booster unit into AC power; A solar power generation system comprising:
The booster circuit includes:
A control circuit that outputs a control signal that varies the boost ratio based on the output voltage before boosting and the output voltage after boosting of the solar cell circuit output;
A switching element that varies a boost ratio based on a control signal output from the control circuit;
With
The control circuit reduces the current flowing through the booster circuit based on a control signal to the switching element when the ambient temperature of the booster circuit including the control circuit reaches a predetermined level. Power generation system.
前記太陽電池回路が出力する直流電圧を昇圧可能な昇圧回路を備え、
前記昇圧回路は、
前記太陽電池回路出力の昇圧前出力電圧と昇圧後出力電圧とに基づいて昇圧比を可変する制御信号を出力する制御回路と、
前記制御回路から出力された制御信号に基づいて昇圧比を可変するスイッチング素子と、
を備え、
前記制御回路は、前記昇圧回路の出力を停止させる必要が生じたときに、前記スイッチング素子への制御信号出力を停止すると共に、自身が設定した昇圧比が所定のしきい値未満の場合に、自身が含まれる昇圧回路の昇圧動作を停止することを特徴する太陽光発電システムの昇圧ユニット。In the boosting unit of the photovoltaic power generation system that boosts the DC voltage output from the solar cell circuit to a predetermined level,
A booster circuit capable of boosting a DC voltage output from the solar cell circuit;
The booster circuit includes:
A control circuit that outputs a control signal that varies the boost ratio based on the output voltage before boosting and the output voltage after boosting of the solar cell circuit output;
A switching element that varies a boost ratio based on a control signal output from the control circuit;
With
The control circuit stops the control signal output to the switching element when it is necessary to stop the output of the booster circuit, and when the boost ratio set by itself is less than a predetermined threshold value, A step-up unit for a photovoltaic power generation system, characterized in that the step-up operation of a step-up circuit including itself is stopped .
一の昇圧回路の制御回路に具備される過電圧検出回路は、検出した過電圧検出信号を他の昇圧回路の制御回路に出力することを特徴する請求項4に記載の太陽光発電システムの昇圧ユニット。The control circuit further includes an overvoltage detection circuit that detects whether or not the output voltage of its own booster circuit exceeds a predetermined voltage value,
5. The boosting unit of a photovoltaic power generation system according to claim 4 , wherein the overvoltage detection circuit included in the control circuit of one booster circuit outputs the detected overvoltage detection signal to the control circuit of another booster circuit.
前記太陽電池回路が出力する直流電圧を昇圧可能な昇圧回路を備え、
前記昇圧回路は、
前記太陽電池回路出力の昇圧前出力電圧と昇圧後出力電圧とに基づいて昇圧比を可変する制御信号を出力する制御回路と、
前記制御回路から出力された制御信号に基づいて昇圧比を可変するスイッチング素子と、
を備え、
前記制御回路は、自身が含まれる昇圧回路の雰囲気温度が所定のレベルに達している場合に、前記スイッチング素子への制御信号に基づいて該昇圧回路に流れる電流を減少させることを特徴する太陽光発電システムの昇圧ユニット。In the boosting unit of the photovoltaic power generation system that boosts the DC voltage output from the solar cell circuit to a predetermined level,
A booster circuit capable of boosting a DC voltage output from the solar cell circuit;
The booster circuit includes:
A control circuit that outputs a control signal that varies the boost ratio based on the output voltage before boosting and the output voltage after boosting of the solar cell circuit output;
A switching element that varies a boost ratio based on a control signal output from the control circuit;
With
The control circuit reduces the current flowing through the booster circuit based on a control signal to the switching element when the ambient temperature of the booster circuit including the control circuit reaches a predetermined level. Booster unit for power generation system.
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