JP2008054395A - 単独運転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ回路の力率を改善することができる単独運転検出装置を提供する。
【解決手段】分散型電源２及び商用系統３間に、無効電力の出力電流を注入するインバータ回路１１と、出力電流から高周波成分をカットするフィルタ回路１２と、注入された無効電力の変動に基づき単独運転を検出する単独運転検出回路１４と、所望出力電流の無効電力量を算出する無効電力量演算部３０と、算出した無効電力量に基づき出力電流を出力すべく、インバータ回路を駆動制御する出力電流制御部３１とを有する単独運転検出装置５であって、系統電圧の系統周波数、電圧値、コンデンサ１２Ｂの静電容量に基づき、コンデンサへの流入電流量を算出し、この流入電流量の無効電力量を出力する補正ゲイン部２８を有し、出力電流制御部は、流入電流量の無効電力量及び所望出力電流量の無効電力量を加算して加算結果に基づき出力電流を出力すべく、インバータ回路を駆動制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば分散型電源及び商用系統間に、無効電力に相当する出力電流を注入出力するインバータ回路と、このインバータ回路にて注入した前記無効電力の周波数変動に基づき、前記分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出回路とを有する単独運転検出装置に関する。

従来、このような単独運転検出装置としては、分散型電源及び商用系統間に、無効電力に相当する出力電流を注入出力するインバータ回路と、このインバータ回路のインバータ出力波形に、分散型電源の単独運転時に出力周波数に変動が生じる歪を与え、この歪で生じる周波数変動、若しくは周波数変動に起因する変動を検出し、分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出回路とを備えた技術が広く知られている（例えば特許文献１参照）。

また、特許文献１の単独運転検出装置によれば、リアクトル及びコンデンサで構成するフィルタ回路をインバータ回路の出力側に配置し、このフィルタ回路は、インバータ回路の出力電流から高周波成分を除去することができる。
特開平９−３２２５５４号公報（段落番号「００４３」及び図１参照）

しかしながら、特許文献１の単独運転検出装置によれば、図４に示すようにインバータ回路５１の無効電力に相当する出力電流からフィルタ回路５２を通じて高周波成分を除去し、高周波成分を除去した出力電流を単独運転検出装置の出力電流Ｉｏとして出力するものであるが、インバータ回路５１の出力電流量Ｉｓはフィルタ回路５２内部のコンデンサ５２Ａに流入した流入電流量Ｉｃを差し引いた出力電流量（Ｉｓ−Ｉｃ）が単独運転検出装置の出力電流Ｉｏとなるため、インバータ回路５１の力率は０．８５を満たない場合も考えられる。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インバータ回路の力率を改善することができる単独運転検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の単独運転検出装置は、分散型電源及び商用系統間に、無効電力に相当する出力電流を注入出力するインバータ回路と、このインバータ回路の出力電流から高周波成分をカットするフィルタ回路と、前記分散型電源及び商用系統間に注入された前記無効電力の周波数変動に基づき、前記分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出回路と、前記無効電力の周波数変動に基づき、所望出力電流量を出力するために所望出力電流量に相当する無効電力量を算出する無効電力量算出回路と、この無効電力量算出回路にて算出した前記無効電力量に基づき、前記所望出力電流量を出力すべく、前記インバータ回路を駆動制御する出力電流制御回路とを有する単独運転検出装置であって、前記インバータ回路の出力電流の内、前記フィルタ回路内部のコンデンサに流入する流入電流量を検出する流入電流検出手段と、この流入電流検出手段にて検出した前記流入電流量に対応した無効電力量を、前記単独運転検出装置として出力すべき、前記所望出力電流量に相当する無効電力量に加算する無効電力量加算手段とを有し、前記出力電流制御回路は、前記単独運転検出装置として前記所望出力電流量を出力するために、前記無効電力量加算手段の加算結果に相当する無効電力量に基づき出力電流を出力すべく、前記インバータ回路を駆動制御するようにした。

従って、本発明の単独運転検出装置によれば、前記インバータ回路の出力電流の内、コンデンサに流入する流入電流量を検出し、前記単独運転検出装置として出力する前記所望出力電流量に相当する無効電力量に、前記流入電流量に相当する無効電力量を加算し、この加算結果の無効電力量に基づき、出力電流を出力すべく、前記インバータ回路を駆動制御するようにしたので、前記インバータ回路の出力電流の一部が前記コンデンサに流入したとしても、前記単独運転検出装置として所望出力電流を出力することができるため、インバータ回路の出力電流の力率を改善することができる。

また、本発明の単独運転検出装置の前記流入電流検出手段は、前記商用系統の系統電圧に関わる系統周波数を計測する周波数計測手段と、前記商用系統の系統電圧に関わる電圧値を計測する電圧計測手段と、前記周波数計測手段にて計測した系統周波数、前記電圧計測手段にて計測した電圧値及び前記コンデンサの静電容量に基づき、前記コンデンサに流入する流入電流量を算出する流入電流量算出手段とを有するようにしても良い。

従って、本発明の単独運転検出装置によれば、前記系統電圧に関わる系統周波数、前記系統電圧に関わる電圧値、前記コンデンサの静電容量に基づき、前記コンデンサに流入する流入電流量を算出することができる。

上記のように構成された本発明の単独運転検出装置によれば、前記インバータ回路の出力電流の内、コンデンサに流入する流入電流量を検出し、前記単独運転検出装置として出力する前記所望出力電流量に相当する無効電力量に、前記流入電流量に相当する無効電力量を加算し、この加算結果の無効電力量に基づき、出力電流を出力すべく、前記インバータ回路を駆動制御するようにしたので、前記インバータ回路の出力電流の一部が前記コンデンサに流入したとしても、前記単独運転検出装置として所望出力電流を出力することができるため、インバータ回路の出力電流の力率を改善することができる。

以下、図面に基づいて本発明の単独運転検出装置の実施の形態を示す分散型電源システムについて説明する。図１は本実施の形態を示す分散型電源システム内部の概略構成を示すブロック図である。

図１に示す分散型電源システム１は、直流電力を発電する、例えば太陽光発電機やガスエンジン発電機等の分散型電源２と、この分散型電源２と連系接続する商用系統３と、分散型電源２及び商用系統３間に配置され、電力変換機能を備えたパワーコンディショナ装置４と、パワーコンディショナ装置４及び商用系統３間に配置され、商用系統３停電時の分散型電源２の単独運転を検出する単独運転検出装置５とを有し、パワーコンディショナ装置４は、電力変換機能を通じて、分散型電源２にて発電した直流電力を商用系統３の交流電力に変換し、この変換した交流電力を一般家電機器等の負荷６に供給するものである。

単独運転検出装置５は、分散型電源２及び商用系統３間に無効電力を注入するインバータ回路１１と、インバータ回路１１からの無効電力の高周波成分をカットするフィルタ回路１２と、商用系統３の系統電圧を検出する電圧検出回路１３と、電圧検出回路１３を通じてインバータ回路１１で注入した無効電力の周波数変動を分散型電源２及び商用系統３間で検出し、この周波数変動に基づき、商用系統３停電時の分散型電源２の単独運転を検出する単独運転検出回路１４と、分散型電源２及び商用系統３間で検出した無効電力の周波数変動に基づき、インバータ回路１１の無効電力の注入量（無効電力量）を算出し、この算出した注入量に基づきインバータ回路１１を駆動制御するインバータ駆動制御回路１５と、分散型電源２及び商用系統３間の連系接続を遮断する連系リレー回路１６と、分散型電源２及び商用系統３間のライン及びインバータ回路１１間の接続を遮断するリレー回路１７と、この単独運転検出装置５全体を制御する制御回路１８とを有している。

フィルタ回路１２は、リアクトル１２Ａ及びコンデンサ１２Ｂで構成し、インバータ回路１１で注入した無効電力の高周波成分をカットするものである。

インバータ駆動制御回路１５は、電圧検出回路１３を通じて検出した系統電圧から商用系統３の系統周波数を計測周期単位で順次計測する周波数計測部２１と、この周波数計測部２１にて順次計測した計測周期単位の系統周波数に基づき、連続した所定移動平均時間分の系統周波数の移動平均値を順次算出する移動平均値算出部２２と、この移動平均値算出部２２にて移動平均値を順次記憶する移動平均値記憶部２３と、この移動平均値記憶部２３に記憶中の最新の移動平均値及び、この最新の移動平均値から所定時間前の過去の移動平均値を読み出し、これら読み出した最新の移動平均値及び過去の移動平均値の偏差量を計測周期単位の系統周期毎に算出する偏差量算出部２４と、この偏差量算出部２４にて算出した偏差量をゲイン調整するゲイン部２５と、ゲイン調整した偏差量を所定入力範囲に抑制するリミッタ部２６と、電圧検出回路１３を通じて系統電圧の電圧値を順次計測する電圧計測部２７と、この電圧計測部２７にて順次計測した電圧計測値及び周波数計測部２１にて順次計測した系統周波数に基づき、フィルタ回路１２内部のコンデンサ１２Ｂに流入する流入電流量を算出し、この算出した流入電流量に相当する無効電力量を出力する補正ゲイン部２８と、リミッタ部２６で抑制した偏差量に基づき、定期変動部２９からの定期無効電力量を補正すると共に、この補正した定期無効電力量に補正ゲイン部２８からの無効電力量を加算し、この加算結果をインバータ回路１１で出力する無効電力の出力電流量に相当する無効電力量として算出する無効電力量演算部３０と、この無効電力量演算部３０にて算出した無効電力量に基づき、無効電力に相当する出力電流を出力すべく、インバータ回路１１を駆動制御する出力電流制御部３１とを有している。

周波数計測部２１は、電圧検出回路１３を通じて系統電圧から商用系統３の系統周波数を計測周期単位、例えば５ｍ秒単位で順次計測するものである。尚、商用系統３の系統周波数を５０Ｈｚ（１系統周期は２０ｍ秒）とした場合、その計測周期単位は、商用系統３の系統周期の１／３以下、例えば５ｍ秒単位にすることが望ましい。

移動平均値算出部２２は、周波数計測部２１にて順次計測した５ｍ秒単位の系統周波数に基づき、連続した所定移動平均時間分、例えば４０ｍ秒分の系統周波数の移動平均値を順次算出するものである。尚、所定移動平均時間は、系統周期の一周期、例えば２０ｍ秒よりも長く、かつ所望する検出速度、例えば１００ｍ秒よりもできるだけ短い時間を条件とするため、例えば４０ｍ秒にすることが望ましい。

偏差量算出部２４は、移動平均値記憶部２３に記憶中の最新の移動平均値及び、この最新の移動平均値から所定時間前、例えば２００ｍ秒前の過去の移動平均値を読み出し、これら読み出した最新の移動平均値及び過去の移動平均値の偏差量を５ｍ秒単位の系統周期毎に算出するものである。尚、所定時間前の過去の移動平均値は、所望する検出速度、例えば１００ｍ秒よりも長く、かつできるだけ短い期間を条件とするため、例えば２００ｍ秒にすることが望ましい。

補正ゲイン部２８は、周波数計測部２１にて順次計測した系統周波数ｆと、電圧計測部２７にて順次計測した電圧値Ｖと、コンデンサ１２Ｂの静電容量Ｃとに基づき、Ｖ＊２πｆｃの数式でコンデンサ１２Ｂに流入する流入電流量Ｉｃを算出し、この算出した流入電流量に相当する無効電力量を出力するものである。

無効電力量演算部３０は、リミッタ部２６で抑制した偏差量に基づき、定期変動部２９からの定期無効電力量を補正すると共に、この補正した定期無効電力量に補正ゲイン部２８の流入電流量に相当する無効電力量を加算し、この加算結果の無効電力量を出力電流制御部３１に通知するものである。

出力電流制御部３１は、無効電力量演算部３０にて算出した無効電力量に基づき、インバータ回路１１から出力電流を出力すべく、インバータ回路１１を駆動制御するものである。その結果、インバータ回路１１は、出力電流制御部３１の駆動制御に応じて、無効電力量演算部３０にて算出した無効電力量に相当する出力電流を出力することになる。この際、インバータ回路１１が出力する出力電流量Ｉｓは、図２に示すように、単独運転検出装置５として出力する出力電流量Ｉｏと、コンデンサ１２Ｂに流入する流入電流量Ｉｃとの和となる。そして、単独運転検出装置５では、コンデンサ１２Ｂの流入電流量Ｉｃを差し引いた所望出力電流が出力電流Ｉｏとして出力されることになる。

単独運転検出装置５の制御回路１８は、単独運転検出回路１４を通じて分散型電源２の単独運転を検出すると、連系リレー回路１６を通じて、分散型電源２及び商用系統３間の連系接続を遮断すると共に、リレー回路１７を通じて、分散型電源２及び商用系統３間のライン及び、インバータ回路１１間の接続を遮断するものである。

尚、請求項記載の単独運転検出装置は単独運転検出装置５、分散型電源は分散型電源２、商用系統は商用系統３、インバータ回路はインバータ回路１１、フィルタ回路はフィルタ回路１２、コンデンサはコンデンサ１２Ｂ、単独運転検出回路は単独運転検出回路１４、無効電力量算出回路は無効電力量演算部３０、出力電流制御回路は出力電流制御部３１、流入電流検出手段は周波数計測部２１、電圧計測部２７及び補正ゲイン部２８、無効電力量加算手段は補正ゲイン部２８及び無効電力量演算部３０、周波数計測手段は周波数計測部２１、電圧計測手段は電圧計測部２７、流入電流量算出手段は補正ゲイン部２８に相当するものである。

次に本実施の形態を示す分散型電源システム１の動作について説明する。図３は本実施の形態に関わる単独運転検出装置５の出力電流制御処理に関わるインバータ駆動制御部１５内部の処理動作を示すフローチャートである。

図３に示す出力電流制御処理とは、単独運転検出装置５から所望出力電流Ｉｏを出力する場合、この所望出力電流量Ｉｏにフィルタ回路１２内のコンデンサ１２Ｂに流入する流入電流量Ｉｃを加算した出力電流量Ｉｓに相当する出力電流を出力するようにインバータ回路１１を駆動制御することでインバータ回路１１の出力電流の力率を、例えば０．８５以上に改善する処理である。

図３においてインバータ駆動制御部１５内部の周波数計測部２１は、電圧検出回路１３を通じて商用系統３の系統電圧を検出すると、この系統電圧の系統周波数ｆを計測する（ステップＳ１１）。

さらに、電圧計測部２７は、電圧検出回路１３を通じて商用系統３の系統電圧を検出すると、この系統電圧の電圧値Ｖを計測する（ステップＳ１２）。

補正ゲイン部２８は、ステップＳ１１にて計測した系統電圧の系統周波数ｆ、ステップＳ１２にて計測した系統電圧の電圧値Ｖ、フィルタ回路１２内のコンデンサ１２Ｂの静電容量Ｃに基づき、フィルタ回路１２Ｂ内のコンデンサ１２Ｂに流入する流入電流量Ｉｃを算出する（ステップＳ１３）。尚、補正ゲイン部２８では、Ｖ＊２πｆＣの数式に基づき、コンデンサ１２Ｂに流入する流入電流量Ｉｃを算出するものである。

補正ゲイン部２８は、コンデンサ１２Ｂの流入電流量Ｉｃを算出すると、この流入電流量Ｉｃに相当する無効電力量を無効電力量演算部３０に通知する（ステップＳ１４）。

無効電力量演算部３０は、リミッタ部２６で抑制した偏差量に基づき、定期変動部２９からの定期無効電力量を補正し、この補正した定期無効電力量、すなわち単独運転検出装置５として出力すべき所望出力電流量Ｉｏに相当する無効電力量に補正ゲイン部２８で取得したコンデンサ１２Ｂの流入電流量Ｉｃに相当する無効電力量を加算し（ステップＳ１５）、この加算結果の無効電力量を出力電流制御部３１に通知する（ステップＳ１６）。

出力電流制御部３１は、加算結果の無効電力量に相当する出力電流量をインバータ回路１１から出力すべく、このインバータ回路１１を駆動制御することで（ステップＳ１７）、この処理動作を終了する。

インバータ回路１１は、単独運転検出装置５として所望出力電流量Ｉｏを出力する場合、所望出力電流量Ｉｏにコンデンサ１２Ｂ内に流入する流入電流量Ｉｃを加算した出力電流量Ｉｓを出力することになる。その結果、インバータ回路１１は、その出力電流量Ｉｓの一部がコンデンサ１２Ｂに流入したとしても、単独運転検出装置５として出力すべき出力電流量Ｉｏを出力することができるため、インバータ回路１１の力率を０．８５以上に改善することができる。

本実施の形態によれば、インバータ回路１１の出力電流の内、フィルタ回路１２内部のコンデンサ１２Ｂに流入する流入電流量Ｉｃを算出し、この流入電流量Ｉｃに対応した無効電力量を、単独運転検出装置５として出力すべき所望出力電流量Ｉｏに相当する無効電力量に加算し、この加算結果の無効電力量に基づき出力電流量Ｉｓを出力すべく、インバータ回路１１を駆動制御するようにしたので、インバータ回路１１の出力電流量Ｉｓの一部がコンデンサ１２Ｂに流入したとしても、単独運転検出装置５として出力すべき所望出力電流量Ｉｏを出力することができるため、インバータ回路１１の出力電流の力率を改善、例えば０．８５以上にすることができる。

本発明の単独運転検出装置によれば、インバータ回路の出力電流の内、コンデンサに流入する流入電流量を検出し、単独運転検出装置として出力する所望出力電流量に相当する無効電力量に、流入電流量に相当する無効電力量を加算し、この加算結果の無効電力量に基づき、出力電流を出力すべく、インバータ回路を駆動制御するようにしたので、インバータ回路の出力電流の一部が前記コンデンサに流入したとしても、前記単独運転検出装置として所望出力電流を出力することができるため、インバータ回路の出力電流の力率を改善することができるため、例えば分散型電源及び商用系統間を連系接続する分散型電源システムに有用である。

本発明の単独運転検出装置に関わる実施の形態を示す分散型電源システム内部の概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態に関わる単独運転検出装置内部のインバータ回路の出力電流の流れを端的に示す説明図である。 本実施の形態に関わる単独運転検出装置の出力電流制御処理に関わるインバータ駆動制御部内部の処理動作を示すフローチャートである。 従来の単独運転検出装置内部のインバータ回路の出力電流の流れを端的に示す説明図である。

符号の説明

２ 分散型電源
３ 商用系統
５ 単独運転検出装置
１１ インバータ回路
１２ フィルタ回路
１２Ｂ コンデンサ
１４ 単独運転検出回路
２１ 周波数計測部（流入電流検出手段）
２７ 電圧計測部（流入電流検出手段）
２８ 補正ゲイン部（無効電力量加算手段、流入電流検出手段及び流入電流量算出手段）
３０ 無効電力量演算部（無効電力量算出回路及び無効電力量加算手段）
３１ 出力電流制御部（出力電流制御回路）

Claims (2)

1. 分散型電源及び商用系統間に、無効電力に相当する出力電流を注入出力するインバータ回路と、このインバータ回路の出力電流から高周波成分をカットするフィルタ回路と、前記分散型電源及び商用系統間に注入された前記無効電力の周波数変動に基づき、前記分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出回路と、前記無効電力の周波数変動に基づき、所望出力電流量を出力するために所望出力電流量に相当する無効電力量を算出する無効電力量算出回路と、この無効電力量算出回路にて算出した前記無効電力量に基づき、前記所望出力電流量を出力すべく、前記インバータ回路を駆動制御する出力電流制御回路とを有する単独運転検出装置であって、
   前記インバータ回路の出力電流の内、前記フィルタ回路内部のコンデンサに流入する流入電流量を検出する流入電流検出手段と、
   この流入電流検出手段にて検出した前記流入電流量に対応した無効電力量を、前記単独運転検出装置として出力すべき、前記所望出力電流量に相当する無効電力量に加算する無効電力量加算手段とを有し、
   前記出力電流制御回路は、
   前記単独運転検出装置として前記所望出力電流量を出力するために、前記無効電力量加算手段の加算結果に相当する無効電力量に基づき出力電流を出力すべく、前記インバータ回路を駆動制御することを特徴とする単独運転検出装置。
2. 前記流入電流検出手段は、
   前記商用系統の系統電圧に関わる系統周波数を計測する周波数計測手段と、
   前記商用系統の系統電圧に関わる電圧値を計測する電圧計測手段と、
   前記周波数計測手段にて計測した系統周波数、前記電圧計測手段にて計測した電圧値及び前記コンデンサの静電容量に基づき、前記コンデンサに流入する流入電流量を算出する流入電流量算出手段とを有することを特徴とする請求項１記載の単独運転検出装置。
   
   

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