JP2005086946A - 分散型電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力系統の変動を抑制することのできる分散型電源装置を提供する。
【解決手段】 直流電力を出力する分散型電源１１と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータスイッチ回路１２とを備え、このインバータスイッチ回路１２から出力される交流電力を電力系統１３に接続されている負荷１５に供給する分散型電源装置１０であって、電力系統１３の周波数の変動を検出する周波数検出回路１４と、この周波数検出回路１４が電力系統１３の周波数の変動を検出したとき、インバータスイッチ回路１２の出力を減少させる制御装置２０とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、太陽電池や燃料電池等から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータを有する分散型電源装置に関する。

従来から、太陽電池等の分散型電源と、この分散型電源から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ等とを備えた分散型電源装置が知られている（特許文献１参照）。

かかる分散型電源装置は、インバータから出力される電力が負荷の消費電力より大きくなった際に生じる逆潮流を検出する逆潮流検出回路と、この逆潮流検出回路が逆潮流を検出したときインバータの出力を停止させる出力制御回路等とを備えている。

この分散型電源装置によれば、逆潮流が生じたとき出力制御回路がインバータの出力を停止させるので、電力系統の遮断器を開成して配線工事を行う際、その配線工事の作業者の感電を未然に防止することができる。
特開平４−６７７２９号公報

しかしながら、このような分散型電源装置にあっては、逆潮流が生じたときインバータの出力を停止させて分散型電源を電力系統から切り離してしまうものであるから、分散型電源によって電力系統の変動を抑制することはできなかった。

この発明の目的は、電力系統の変動を抑制することのできる分散型電源装置を提供することにある。

請求項１の発明は、直流電力を出力する分散型電源と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータとを備えた分散型電源装置であって、
前記電力系統の変動を検出する変動検出手段と、
この変動検出手段が電力系統の変動を検出したとき、前記インバータの出力をその変動量に応じて減少させる制御手段とを備えていることを特徴とする。

請求項２の発明は、前記変動検出手段は、電力系統の周波数を検出する周波数検出回路を有し、
前記制御手段は、前記周波数検出回路が検出する周波数が予め設定した基準周波数より大きいとき、その検出周波数と基準周波数との差に応じて前記インバータの出力を減少させることを特徴とする。

請求項３の発明は、前記制御手段は、所定の波高値を有する基準電流波形を出力する基準電流波形出力手段と、前記インバータから出力される電流を検出する電流検出回路と、この電流検出回路が検出した検出電流と前記基準電流波形とを比較してその検出電流が基準電流波形となるように前記インバータの出力を制御するフィードバック回路とを備えていることを特徴とする。

請求項４の発明は、前記基準電流波形出力手段は、目標電圧を出力する目標電圧出力回路と、前記分散型電源の出力電圧と前記目標電圧との差に応じた制御信号を出力する制御信号出力回路と、前記周波数検出回路が検出する周波数が予め設定した基準周波数以下のとき１の係数を出力し、その周波数が設定した基準周波数より大きくなったとき、その検出周波数と基準周波数との差に応じて１より小さい値の係数を出力する係数出力回路と、この係数出力回路が出力する係数と前記制御信号とを乗算する乗算回路と、この乗算回路の乗算値に対応した波高値を有するとともに前記電力系統の電圧波形に合わせた基準電流波形を出力する関数器とを備えていることを特徴とする。

請求項５の発明は、前記基準電流波形出力手段は、目標電圧を出力する目標電圧出力回路と、前記分散型電源の出力電圧と前記目標電圧との差に応じた制御信号を出力する制御信号出力回路と、前記制御信号の上限値を制限して出力する出力制限器と、この出力制限器が出力する制御信号の値に応じた波高値を有するとともに前記電力系統の電圧波形に合わせた基準電流波形を出力する関数器と、前記周波数検出回路が検出する周波数が予め設定した基準周波数より大きいか否かを判断する判断手段とを備え、
前記出力制限器は、前記判断手段がその検出周波数が予め設定した基準周波数より大きいと判断したとき、前記上限値をその検出周波数と基準周波数の差に応じて減少させることを特徴とする。

この発明によれば、電力系統の変動が生じたときインバータの出力を漸減していくので、電力系統の変動の抑制を図ることができる。

以下、この発明に係る分散型電源装置の一実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１に示す分散型電源装置１０は、太陽電池や燃料電池等の直流電力を出力する分散型電源１１と、この分散型電源１１から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータスイッチ回路（インバータ）１２と、電力系統１３の周波数を検出する周波数検出回路（変動検出手段）１４と、この周波数検出回路１４の検出に基づいてインバータスイッチ回路１２を制御する制御装置（制御手段）２０等とを備えている。１１Ａは分散型電源１１の等価内部抵抗、１５は負荷である。

制御装置２０は、予め設定した目標電圧（−Ｖdf）を出力する目標電圧出力回路２１と、分散型電源１１の出力電圧Ｖdcと目標電圧（−Ｖdf）とを加算する加算回路（制御信号出力回路）２２と、加算回路２２が加算した加算値（Ｖdc−Ｖdf）の速い変動を抑えるとともにその加算値に応じた基準信号Ｖauを出力するＰＩ回路２３と、周波数検出回路１４が検出した周波数が予め設定した周波数ω以下のとき値が「１」の係数Ｋを出力し、その検出した周波数が予め設定した周波数ωより大きいとき、検出周波数と設定周波数ωとの差に応じて減少させた値の係数を出力する係数出力回路２４と、ＰＩ回路２３の基準信号Ｖauと係数出力回路２４の係数Ｋとを乗算する乗算回路２５と、乗算回路２５から出力される乗算値を波高値とするとともに電力系統１３の交流に同期した基準電流波形（−Ｅ0）を出力する関数器２６と、インバータスイッチ回路１２の出力電流Ｉを検出する電流検出回路２７と、この電流検出回路２７が検出した交流電流Ｅ1と関数器２６の基準電流波形Ｅ0との差（Ｅ0−Ｅ1）を演算する加算回路（フィードバック回路）２８とを備えている。

インバータスイッチ回路１２は、加算回路２８が加算した値に応じてスイッチング動作して出力電流Ｉを基準電流波形Ｅ0にするものである。すなわち、加算回路２８は、インバータスイッチ回路１２の出力電流Ｉが基準電流波形Ｅ0となるようにインバータスイッチ回路１２のスイッチング動作を制御するものである。

ＰＩ回路２３は、比例制御と積分制御とを用いて加算回路２２の加算値の変動特性とゲインを修正して基準信号Ｖauを出力するものである。

係数出力回路２４は、周波数検出回路１４が検出した周波数が予め設定した周波数（基準周波数）ωより大きいとき、値「１」からその周波数の差に比例して減少させた係数Ｋを出力するが、その減少の傾きは一定で、係数Ｋの値が「０」以下ではその「０」の値の係数Ｋを出力するものである。

そして、目標電圧出力回路２１と、加算回路２２と、係数出力回路２４と、乗算回路２５と、関数器２６とで所定の波高値を有する基準電流波形を出力する基準電流波形出力手段が構成されている。
［動 作］
次に、上記のように構成される分散型電源装置１０の動作について説明する。

分散型電源１１から出力電圧Ｖdcが出力されると、加算回路２２は目標電圧出力回路２１の目標電圧（−Ｖdf）とその出力電圧Ｖdcとを加算し、ＰＩ回路２３はその加算値（Ｖdc−Ｖdf）に応じた基準信号Ｖauを出力する。

周波数検出回路１４が検出する周波数が予め設定した周波数ω以下であるとき、係数出力回路２４は値「１」の係数Ｋを出力する。このため、乗算回路２５はＰＩ回路２３の基準信号Ｖauと係数出力回路２４の係数Ｋ（＝１）とを乗算した乗算値Ｖauを出力する。関数器２６は、信号Ｖauの値を波高値とする基準電流波形（＋Ｅ0）を出力する。この基準電流波形（＋Ｅ0）は電力系統１３の交流に同期した波形となっている。

加算回路２８は、電流検出回路２７が検出した交流電流Ｅ1と関数器２６の基準電流波形Ｅ0との差（Ｅ0−Ｅ1）を演算する。そして、加算回路２８は、その差（Ｅ0−Ｅ1）に基づいてインバータスイッチ回路１２のスイッチング動作を制御し、インバータスイッチ回路１２の出力電流Ｉを基準電流波形Ｅ0にする。

そして、分散型電源１１から出力される出力電圧Ｖdcが目標電圧Ｖdfより大きくなったとき（分散型電源１１の出力電力が小さいとき）、ＰＩ回路２３の基準信号Ｖauの値は大きくなり、関数器２６は波高値の大きい基準電流波形Ｅ0を出力する。インバータスイッチ回路１２は、出力電流Ｉが基準電流波形Ｅ0となるようにスイッチング動作するので、インバータスイッチ回路１２から出力される電力は大きくなる。インバータスイッチ回路１２から出力される電力が大きくなると、分散型電源１１から出力される出力電圧Ｖdcは低下するので、最終的にインバータスイッチ回路１２の出力電力と分散型電源１１の出力電圧Ｖdcとが見合う値で安定することになる。

いま、電力系統１３での雷等による短絡事故の発生により発電所の発電機の回転数が動揺すると、電力系統１３の周波数が変動する。そして、周波数検出回路１４が検出する周波数が予め設定した周波数ωより大きくなると、係数出力回路２４が出力する係数Ｋの値「１」が検出周波数と設定周波数ωとの差に応じて減少される。この減少量は検出周波数が予め設定した周波数ωより大きければ大きいほど大きくなり、係数Ｋは小さな値となる。

この係数Ｋの小さな値により乗算回路２５から出力される乗算値Ｖauは減少する。この乗算値Ｖauの減少により、関数器２６から出力される基準電流波形Ｅ0の波高値も周波数が高いほど減少する。すなわち、電力系統１３の変動が大きければ大きいほど、乗算値Ｖauは大きく減少する。

インバータスイッチ回路１２は、加算回路２８の出力に応じて、出力電流Ｉが基準電流波形Ｅ0となるようにスイッチング動作するので、基準電流波形Ｅ0の波高値が減少することにより、インバータスイッチ回路１２の出力電流Ｉは減少する。

すなわち、電力系統１３の周波数が設定した周波数ωより大きくなるとインバータスイッチ回路１２の出力電力は、検出周波数と設定周波数ωとの差に応じて減少する。この出力電力の減少により、相対的に電力系統１３の負荷が増加し、この結果、電力系統１３の発電機の回転速度にその負荷の増加に比例したブレーキが掛かっていき、発電機の回転数の動揺が抑制されて電力系統１３の周波数の増加が抑制される。すなわち、検出周波数と設定周波数ωとの差が大きければ大きいほど、インバータスイッチ回路１２の出力電力が減少されて電力系統１３の周波数の増加が大きく抑制されていく。

つまり、各家庭に設置する分散型電源装置１０によって電力系統１３の安定化が図れることになる。

そして、電力系統１３の周波数の増加が抑制されて、周波数検出回路１４が検出する周波数が予め設定した周波数ω以下に戻れば、係数出力回路２４の係数Ｋが「１」となって、インバータスイッチ回路１２の通常の制御が行われることになる。

インバータスイッチ回路１２の出力電力が減少しても、電力系統１３の周波数が設定した周波数ω以下に戻らなかった場合には、係数出力回路２４の係数Ｋは電力系統１３の周波数と設定した周波数ωの差に比例して小さくなり、その差が大きいと係数Ｋは「０」となり、インバータスイッチ回路１２の出力はゼロとなる。なお、インバータスイッチ回路１２の出力がゼロであっても電力系統１３の運転は継続している。

この後、電力系統１３の周波数が設定した周波数ω以下に戻れば係数出力回路２４の係数Ｋが「１」となって、インバータスイッチ回路１２の通常の制御が行われることになる。
［第２実施例］
図２は第２実施例の分散型電源装置１００の構成を示したブロック図である。図２において、１０１は周波数検出回路１４が検出する周波数ｆと予め設定した設定周波数ω0との差を出力する加算回路（判断手段）である。この加算回路１０１は周波数検出回路１４が検出する周波数ｆが設定周波数ω0より大きいか否かを判断する判断手段としての機能を有している。すなわち、周波数ｆが設定周波数ω0より大きければ加算値はプラスとなり周波数ｆが設定周波数ω0以下であれば加算値はマイナスとなる。

１０２は出力制限器である。この出力制限器１０２は、加算回路１０１の加算値がマイナスのとき、すなわち周波数ｆが設定周波数ω0以下のとき出力上限値を十分大きく設定し、ＰＩ回路２３の基準信号Ｖauがその設定した上限値で制限されることなくその基準信号Ｖauをそのまま出力させる。また、出力制限器１０２は、加算値がプラスのとき、すなわち周波数ｆが設定周波数ω0より大きいとき、その差（ｆ−ω0）に比例してその出力上限値を低下させていき、その差（ｆ−ω0）が所定以上になったとき基準信号Ｖauを「０」にするものである。

基準信号Ｖauの値の減少により、関数器２６から出力される基準電流波形Ｅ0の波高値を減少させて、第１実施例と同様にインバータスイッチ回路１２の出力電力を減少させるものである。他の動作は第１実施例と同様なのでその説明は省略する。

この発明に係る分散型電源装置の構成を示したブロック図である。 第２実施例の分散型電源装置の構成を示したブロック図である。

符号の説明

１０ 分散型電源装置
１１ 分散型電源
１２ インバータスイッチ回路
１３ 電力系統
１４ 周波数検出回路
１５ 負荷
１ 制御装置

Claims (5)

1. 直流電力を出力する分散型電源と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータとを備えた分散型電源装置であって、
   前記電力系統の変動を検出する変動検出手段と、
   この変動検出手段が電力系統の変動を検出したとき、前記インバータの出力をその変動量に応じて減少させる制御手段とを備えていることを特徴とする分散型電源装置。
2. 前記変動検出手段は、電力系統の周波数を検出する周波数検出回路を有し、
   前記制御手段は、前記周波数検出回路が検出する周波数が予め設定した基準周波数より大きいとき、その検出周波数と基準周波数との差に応じて前記インバータの出力を減少させることを特徴とする請求項１に記載の分散型電源装置。
3. 前記制御手段は、所定の波高値を有する基準電流波形を出力する基準電流波形出力手段と、前記インバータから出力される電流を検出する電流検出回路と、この電流検出回路が検出した検出電流と前記基準電流波形とを比較してその検出電流が基準電流波形となるように前記インバータの出力を制御するフィードバック回路とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の分散型電源装置。
4. 前記基準電流波形出力手段は、目標電圧を出力する目標電圧出力回路と、前記分散型電源の出力電圧と前記目標電圧との差に応じた制御信号を出力する制御信号出力回路と、前記周波数検出回路が検出する周波数が予め設定した基準周波数以下のとき１の係数を出力し、その周波数が設定した基準周波数より大きくなったとき、その検出周波数と基準周波数との差に応じて１より小さい値の係数を出力する係数出力回路と、この係数出力回路が出力する係数と前記制御信号とを乗算する乗算回路と、この乗算回路の乗算値に対応した波高値を有するとともに前記電力系統の電圧波形に合わせた基準電流波形を出力する関数器とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の分散型電源装置。
5. 前記基準電流波形出力手段は、目標電圧を出力する目標電圧出力回路と、前記分散型電源の出力電圧と前記目標電圧との差に応じた制御信号を出力する制御信号出力回路と、前記制御信号の上限値を制限して出力する出力制限器と、この出力制限器が出力する制御信号の値に応じた波高値を有するとともに前記電力系統の電圧波形に合わせた基準電流波形を出力する関数器と、前記周波数検出回路が検出する周波数が予め設定した基準周波数より大きいか否かを判断する判断手段とを備え、
   前記出力制限器は、前記判断手段がその検出周波数が予め設定した基準周波数より大きいと判断したとき、前記上限値をその検出周波数と基準周波数の差に応じて減少させることを特徴とする請求項３に記載の分散型電源装置。

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