系統併網用裝置製造方法
2023-08-08 07:16:26 3
系統併網用裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供能夠聯入高壓或超高壓系統的、結構緊湊且防止電力調節器與連接點之間連接負載的、沒有功率因數滯後的系統併網用裝置。在將太陽能發電或風力發電的發電電力供給到現有的高壓電力系統的系統併網用裝置中，其特徵為，包括：具有將發電產生的直流電力轉換成交流電力的逆變器和電抗器的電力調節器；將從所述電力調節器輸出的交流電力轉換成高壓電力的升壓變壓器；和配置在所述升壓變壓器與現有的高壓電力系統之間的斷路器，所述電力調節器、升壓變壓器和斷路器配置在同一個外殼內。
【專利說明】系統併網用裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及將例如通過太陽能發電或風力發電等獲得的可再生能源併網到現有的電力系統的系統電源併網用裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，以防止地球變暖的C02減排國際合作等環境保護意識的提高為背景，太陽能發電系統和風力發電系統的普及逐漸擴大。在太陽能發電系統中，太陽的光能通過太陽能電池模塊轉換成直流電流，該直流電流通過電力調節器的逆變器轉換成交流電力。進一步地，以配合所使用的電壓進行升壓為目的，並且為使來自逆變器的直流分量不進入系統中，經由絕緣兼升壓變壓器輸出低壓交流。現有的剩餘電力購買制度為將該交流電力併網聯入各家庭或工廠的低壓系統(200V?400V)、超出自身消費量的剩餘電力由電力公司購買的制度。
[0003]專利文獻I (日本特開2010-273489號公報)中記載了與低壓系統併網的結構。來自太陽能電池的直流電力通過逆變器轉換成交流電力，轉換後的交流電力通過變壓器升壓到200V?400V，將該升壓後的交流電力供給給低壓的系統電源。並且，專利文獻I中記載了將變壓器和逆變器裝入同一外殼中、實現了小型化的電力調節器。
[0004]此外，在作為與現有的剩餘電力購買制度不同的新的購買制度的全量購買制度中，並非聯入各家庭或工廠的低壓系統，而是直接聯入到電力公司的高壓或超高壓系統，進行全部發電電力的購買。
[0005]在原樣地利用上述專利文獻I所示的聯入低壓系統的結構、應用於上述全量購買制度的情況下，可考慮圖4所示的結構。
[0006]在圖4中，利用太陽能電池模塊I發電得到的直流輸出電力通過電力調節器15的逆變器3轉換成交流電力，經由電抗器4使波形成為正弦波，通過低壓變壓器18升壓到低壓系統電壓。並且該低壓變壓器18兼用作與系統之間的絕緣。升壓到低壓系統電壓後的交流電力通過電線5供給到升壓變壓器26，由升壓變壓器26升壓到高壓或超高壓。升壓後的高壓電力經由切斷高壓的VCB (真空斷路器)7、對高壓進行開關的DS (隔離開關)8、VCT (電力供需用儀器用變量器)9、PAS (柱上空氣開關:pole mounted air break switch) 10,聯入高壓電力系統11。VCT(電力供需用儀器用變量器)9上連接有電能表12，測量向電力系統供給的輸送電力量。
[0007]在此，電力調節器15包括具有底座的低壓變壓器18，因此被收納在外殼16內，而升壓變壓器26、VCB (真空斷路器)7、DS (隔離開關)8和VCT (電力供需用儀器用變量器)9被收納在另一外殼17內，兩外殼16、17之間由電線5連接。此外，在變壓器容量在300kVA以下的設備中，存在沒有VCB (真空斷路器)7、DS (隔離開關)8而以未圖示的LBS(負載開關)代替的情況。此外，存在VCT (電力供需用儀器用變量器)9和電能表12不收納在外殼17內的情況。
[0008]現有技術文獻[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2010-273489號公報
【發明內容】
[0011]發明要解決的課題
[0012]如上所述，在原樣地利用專利文獻I所示的聯入低壓系統的結構、應用於上述全量購買制度的情況下，將產生的直流電力轉換成交流電力的電力調節器的低壓系設備與收納從低壓變壓到高壓或超高壓的變壓器、高低壓開關、斷路器、各種繼電器或各種儀表等的高壓系變電設備為分離的設備，被收納在不同的外殼內。因此，設備整體變得大型，並且各設備中產生的電力損耗和設備之間的布線長度變長導致的損耗增大，成為併網點中發電效率降低的重要原因。
[0013]此外，為了調節出售的電力的相位，電力調節器讀取系統電力的相位，在低壓系統中由於系統電力位於靠近電力調節器的輸出的位置，因此為易於讀取的狀況。但在高壓系統中，由於高壓系統電力在與電力調節器分離的其它設備中，因此難以讀取，或者為了讀取需要較長的布線。進一步地，在較長布線的情況下，電力調節器的輸出與系統的連接點之間易於連接負載，特別是連接了旋轉電機負載的情況下，由於旋轉電機的電抗成分使得連接點的功率因數滯後，損耗變大，難以實現功率因數為I下的運行。
[0014]本發明鑑於上述以往技術的缺點，提供可聯入高壓或超高壓系統的結構緊湊的系統併網用裝置。
[0015]此外，通過採用緊湊的結構，提供防止電力調節器與連接點之間連接負載、沒有功率因數滯後的系統併網用裝置。
[0016]用於解決課題的方案
[0017]為了解決所述問題，本發明為一種系統併網用裝置，將太陽能發電或風力發電的發電電力供給到現有的高壓電力系統，其特徵在於，包括:具有將發電產生的直流電力轉換成交流電力的逆變器和電抗器的電力調節器；將從所述電力調節器輸出的交流電力轉換成高壓電力的升壓變壓器；和配置在所述升壓變壓器與現有的高壓電力系統之間的斷路器，所述電力調節器、升壓變壓器和斷路器配置在同一個外殼內。
[0018]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:進一步地，連接到所述斷路器的高壓電力系統側的儀器用變量器和電能表也配置在所述外殼內。
[0019]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:所述電力調節器中，逆變器配置在所述外殼跟前上部一側，所述電抗器配置在所述外殼的裡面側下部。
[0020]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:所述外殼由多個箱體構成，所述電力調節器的逆變器和所述電抗器配置在同一個箱體內。
[0021]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:所述電力調節器和所述升壓變壓器在同一個外殼內在空間上分離地配置。
[0022]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:所述外殼由多個箱體構成，所述電力調節器和所述升壓變壓器配置在不同的箱體內。
[0023]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:所述升壓變壓器和所述斷路器配置在同一個箱體內。[0024]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:所述外殼由多個箱體構成，所述儀器用變量器和電能表配置在同一個箱體內。
[0025]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:進一步地，在外殼內配備檢測所述外殼內的高壓電力系統的電力相位並將其提供給所述電力調節器的電力相位檢測裝置。
[0026]此外，如上述記載的系統併網用裝置，其特徵在於:所述電力相位檢測裝置從所述斷路器的高壓電力系統側的電線檢測電力相位。
[0027]發明效果
[0028]通過本發明，能夠緊湊地構成聯入高壓系統的系統併網用裝置，能夠抑制電力損耗、提高發電效率。並且，能夠防止連接點上的功率因數滯後。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明實施例的系統併網用裝置的結構的框圖。
[0030]圖2是同一系統併網用裝置的 設備配置的安裝圖。
[0031]圖3是同一電力調節器的電力相位調整的框圖。
[0032]圖4是利用低壓的系統併網用裝置所得到的高壓的系統併網用裝置的結構框圖。【具體實施方式】
[0033]以下針對本發明的實施例與附圖一起進行說明。圖1是本實施例的系統併網用裝置的結構例，與圖4相同的部分附以相同的記號。
[0034]由太陽能電池模塊I產生的直流輸出電力通過電力調節器2內的逆變器3轉換成交流電力，經由電抗器4轉換成波形成正弦波的交流電力。交流電力經由導體(電線)5輸送到升壓變壓器6。升壓變壓器6為將電力調節器2輸出的低壓(例如200V以下)的交流電力轉換成高壓(例如6.6KV)或超高壓的變壓器，並起到絕緣變壓器的作用。
[0035]由升壓變壓器6升壓到高壓或超高壓的電力經由電線19、斷路器(VCB:真空斷路器)7、DS(隔離開關)8、從電力線獲取電力量的信號的VCT(電力供需用儀器用變量器)9、PAS(柱上空氣開關)10，聯入高壓電力系統11。斷路器(VCB:真空斷路器)7在高壓系統中的短路或接地故障等時將升壓變壓器6及其連接電線從高壓系統切斷進行保護。VCT9連接到電能表12，測量向電力系統供給的輸送電力量(出售電力量)。
[0036]以上，電力調節器2構成低壓系統的裝置，從升壓變壓器6到VCT9和電能表12構成高壓系統的裝置。
[0037]電線長度越長，電線中消耗的電力損耗越大，使導體5儘可能地短能夠降低損耗。然而，一般地電力調節器2由逆變器3等電子部件構成，需要保護其不受塵埃、高溼、高溫的影響，而相對地升壓變壓器6有時在暴露於塵埃、高溼、高溫的室外使用，使用條件不同，通常被收納在不同的外殼內，因此難以縮短布線距離。特別地，由於電力調節器2和升壓變壓器6的發熱量都較大，所以收納在外殼中的情況下需要具備冷卻功能使得外殼內的溫度不達到高溫。
[0038]因此，本實施例中將上述低壓系和高壓系的裝置收納在同一個外殼內。即，圖1中13為外殼，收納有電力調節器2、導體5、升壓變壓器6、VCB7、DS8、VCT (電力供需用儀器用變量器)9和電能表12。此外，變壓器容量在300kVA以下的裝置中，可用進行線路的保護和開關的負載開關(LBS:負載開關)代替VCB (真空斷路器)7、DS (隔離開關)8。負載開關通過內置的保險絲保護電路，起到斷路器和開關(隔離開關)的作用。
[0039]此外，VCT (電力供需用儀器用變量器)9和電能表12也可不收納在外殼13內。
[0040]接著，利用圖2說明圖1的框圖的系統併網用裝置的設備配置的安裝。圖2(a)為剖開一部分展示的正視圖，圖2(b)為剖開一部分展示的側視圖。外殼13通過連接多個長方形箱體13a?13c而構成。各箱體的邊界沒有壁面，此外，各箱體的外壁為可開閉的門結構，使得在維護或設定時易於各箱體分別作業。
[0041]右側的箱體13a內配置了電力調節器2，與該箱體13a鄰接的箱體13b內配置了升壓變壓器6、VCB7和DS8，進一步地鄰接的箱體13c內配置了 VCT9、電能表12。箱體13a和箱體13b的上部設置換氣扇14，通過將電力調節器2和升壓變壓器6產生的熱排出到外殼13的外部使得外殼內部不會達到高溫。整體的發熱量較小時也可省略一個換氣扇14。這種情況下，省略箱體13b的換氣扇14，留下發熱量較大的電力調節器2的箱體13a的換氣扇14。
[0042]關於箱體13a，為了在對逆變器3維護或設定時使操作者易於進行作業，期望配置在外殼13的正面(前面板)的上部，但由於質量較大，重心變高，可能有設備因地震時或運輸時的振動而翻倒等問題。此外，逆變器3中安裝了較多的電子部件，需要保護其不受電抗器4產生的熱的影響。
[0043]因此，通過將逆變器3配置在箱體13a的跟前(前面)側上部，將電抗器4配置在裡面側的下部底面，與逆變器3分離，使得電抗器4產生的熱與上方對流時不會使逆變器3周圍變得高溫。此外，由於通過該配置能夠消除箱體13a的跟前側與裡面側的質量不平衡，為相對于振動穩定的配置。
[0044]關於箱體13b,升壓變壓器6配置在底面,VCB7和DS8從上方懸掛來配置。通過將作為發熱體的升壓變壓器6設置在箱體13a旁邊，與電力調節器2分離，使得電力調節器2與電抗器4的發熱不重疊。升壓變壓器6、VCB7和DS8在同一個箱體13b內鄰近地配置，能夠縮短連接各部分的電線，並且適合於在短路或接地故障等時實現連接這三個設備的電線(例如圖1中連接升壓變壓器6與VCB7的電線如19所示)和升壓變壓器6的保護。
[0045]這樣，通過將作為電力調節器2的主要熱源的逆變器3和電抗器4以降低熱幹擾的方式配置在箱體13a內，並且將電力調節器2與同為熱源的升壓變壓器6在箱體13b內在空間上分離地配置，能夠降低熱幹擾並且緊湊地收納在同一個外殼13內。由此，能夠儘可能地縮短連接各設備之間的電線進行連接，能夠降低電力損耗。
[0046]關於箱體13c，從電力線獲取電力量的信號的VCT(電力供需用儀器用變量器)9、電能表12從上方懸掛地設置。電能表12為了便於查看其顯示而靠近箱體13c前面板配置，前面板上設有電能表12的顯不窗12a。
[0047]所述外殼13中，收納在箱體13a和13b內的設備由售電側管理，進行維護作業。此夕卜，收納在箱體13c內的設備由電力公司管理，進行維護作業。
[0048]如上所述，通過本實施例，將低壓系和高壓系的裝置收納在同一外殼內，因此能夠減少佔地面積，實現省空間化。在現有的裝置中，從電力調節器2到升壓變壓器26的布線在現場進行，而本實施例中通過在同一外殼13內收納電力調節器2和升壓變壓器6，能夠在預先布好線的狀態下在現場安裝，能夠減少安裝時的布線連接作業工時。並且，縮短連接各設備的電線以及收納在同一個外殼內減少了作為導體材料的銅和作為外殼材料的鋼的使用量，對節約資源也有貢獻。
[0049]此外，如圖1所示，通過採用將升壓變壓器6和電力調節器2裝入同一個外殼內而構成的系統併網用裝置，不需要現有的產生低壓系統電壓的低壓變壓器，能夠將經由電力調節器2的電抗器4後的交流電力原樣地送往升壓變壓器6，電力調節部成為無變壓器型。低壓變壓器其自身有損耗，通過除去該變壓器，能夠降低損耗並能夠提高發電效率。
[0050]此外，上述低壓變壓器具有與系統絕緣的功能，因為除去了上述低壓變壓器，所以進行調整以通過升壓變壓器6代替該絕緣功能。
[0051]圖3是對應多個發電系統的多個電力調節器的電力相位的調整的框圖。與圖1相同的部分附以相同的記號表不。
[0052]圖3中，20為連接/切換多個發電系統與升壓變壓器的開關，21為連接在VCB7與DS8的連接點的檢測高壓系統的電力相位的電力相位檢測裝置。22為輸出相位調整裝置，用於將從電力相位檢測裝置21輸出的相位通過門(gate)電路23反饋到逆變器3。逆變器3產生相位與檢測出的高壓系統的相位一致的交流，供給給升壓變壓器6。
[0053]檢測該相位的VCB7與DS8的連接點由於配置在外殼13內，並且管理使其不與其它負載連接，因此不會連接意料之外的負載。因此，從該連接點檢測出的反饋中功率因數較少發生滯後，能夠更可靠地實現接收點的功率因數為I。
[0054]此外，VCB 7與DS8的連接點由於配置在與逆變器3相同的外殼13內，因此能夠易於將高壓系統的連接點(接收點，供給點)的相位信號送到外殼13內。
[0055]此外，在變壓器容量在300kVA以下的裝置中，使用進行線路的保護和開關的負載開關(LBS:負載開關)代替VCB7、DS8，此時從負載開關的高壓系統側獲取電力相位信號。
[0056]如上所述，通過本實施例，在利用太陽能發電和風力發電等自然能源發電的系統併網用裝置中，通過把將直流電源的直流電力轉換成交流電力的電路轉換電路、將轉換後的交流電力升壓到高壓商用電力的升壓變壓器以及高壓斷路器、開關設備裝入一個外殼內來構成，能夠緊湊化，抑制電力損耗，提高發電效率。此外，能夠防止連接點的功率因數滯後。
[0057]附圖記號說明
[0058]I……太陽能電池模塊、2……電力調節器、3……逆變器(電力轉換電路)、4……電抗器、5……導體(電線)、6……升壓變壓器、7……VCB (真空斷路器)、8……DS (隔離開關)、9……VCT (電力供需用儀器用變量器)、10……PAS (柱上空氣開關)、11……高壓電力
系統、12......電能表、12a......顯不窗、13......外殼、13a、13b、13c......箱體、14......換氣扇、
15……電力調節器、16……現有的電力調節器用外殼、17……現有的系統併網用裝置用外殼、21……電壓相位檢測裝置、22……輸出相位調整裝置、23……門電路、26……現有的低壓變壓器。
【權利要求】
1.一種系統併網用裝置，將太陽能發電或風力發電的發電電力供給到現有的高壓電力系統，其特徵在於，包括: 具有將發電產生的直流電力轉換成交流電力的逆變器和電抗器的電力調節器； 將從所述電力調節器輸出的交流電力轉換成高壓電力的升壓變壓器；和 配置在所述升壓變壓器與現有的高壓電力系統之間的斷路器， 所述電力調節器、升壓變壓器和斷路器配置在同一個外殼內。
2.如權利要求1所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 連接到所述斷路器的高壓電力系統側的儀器用變量器和電能表也配置在所述外殼內。
3.如權利要求1或2所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 所述電力調節器中，逆變器配置在所述外殼跟前上部一側，所述電抗器配置在所述外殼的裡面側下部。
4.如權利要求3所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 所述外殼由多個箱體構成，所述電力調節器的逆變器和所述電抗器配置在同一個箱體內。
5.如權利要求1至3中任一項所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 所述電力調節器和所述升壓變壓器在同一個外殼內在空間上分離地配置。
6.如權利要求5所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 所述外殼由多個箱體構成，所述電力調節器和所述升壓變壓器配置在不同的箱體內。
7.如權利要求6所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 所述升壓變壓器和所述斷路器配置在同一個箱體內。
8.如權利要求2所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 所述外殼由多個箱體構成，所述儀器用變量器和電能表配置在同一個箱體內。
9.如權利要求1所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 在外殼內配備檢測所述外殼內的高壓電力系統的電力相位並將其提供給所述電力調節器的電力相位檢測裝置。
10.如權利要求9所述的系統併網用裝置，其特徵在於: 所述電力相位檢測裝置從所述斷路器的高壓電力系統側的電線檢測電力相位。
【文檔編號】H02J3/38GK104025444SQ201280065926
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年11月27日 優先權日:2012年1月6日
【發明者】浮須友和, 澤口智幸, 山口英正, 池田洋二 申請人:株式會社日立產機系統