JP4049080B2 - 単独運転検出方法およびその電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池、風力発電等の自然エネルギーを電力変換し、系統と連系する系統連系インバータの単独運転の検出や、負荷に供給する電圧を最適に制御し節電効果を上げる節電装置に関する。

従来、この種の節電装置は、交流電圧の過剰な電圧を下げ、消費電力を少なくする機能を有する、家庭用あるいは業務用のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その節電装置について図２３を参照しながら説明する。

図に示すように、節電装置１０１は、交流電源１０２および負荷１０３の間に配された直列変圧器１０４と、出力側が直列変圧器１０４の２次巻線に接続された回生型インバータ１０５を備えることにより、負荷１０３に印加される電圧を制御する。また、この構成により、回生型インバータ１０５の出力を連続的に制御することにより負荷１０３に印加される電圧を連続的に制御し、負荷１０３側へ安定した節電電力を供給することができる。

また、系統と連系する系統連系インバータの単独運転の検出については、能動方式にて外乱信号を系統に出力し、外乱信号の発散により検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

以下、その単独運転の検出について図２４を参照しながら説明する。

図に示すように、太陽電池等の直流電力を出力する電源装置１０６と、電源装置１０６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回路１０７と、インバータ回路１０７と連系して負荷１０８へ電力を供給する商用電力系統１０９と、インバータ回路１０７と商用電力系統１０９との連系点の電圧を検出する電圧検出手段１１０と、電圧検出手段１１０が検出した連系点の電圧に基づいて、商用電力系統１０９が停止し、単独運転状態になっていると判断する単独運転判断部１１１と、インバータ回路１０７の出力電流を変動させる能動変動作成部１１２と、商用電力系統１０９が停止し、単独運転状態になっていると単独運転判断部１１１において判断した場合には、インバータ回路１０７と商用電力系統１０９とを切り離す系統連系保護装置１１３とを有し、系統連系保護装置１１３はインバータ回路１０７の出力電流を変動するに際し、ランダム変動出力部１１４を備えることで、ある一定範囲の数値からランダム値を選択し、所定時間間隔毎にランダム値の変動量の大きさで能動変動信号を出力することとなる。ランダム値の変動を与えることにより、同一配線上に能動方式を採用する発電設備が連系運転されている場合であっても単独運転を検出することができる。
特開２００２−２７０８８４号公報（要約、第１図） 特許第３４０２１５９号公報（第１図）

このような従来の節電装置では、インバータを使用することで連続的に負荷の電圧を制御し、負荷へ安定した節電電力を供給することで節電効果を高めることで電力の有効利用をすることはできるが、自然エネルギーを利用することはできない。また、系統連系インバータは、自然エネルギーから取り出された電力を使用可能なエネルギーに変換して系統電源と連系することで利用できるが、負荷の電圧を連続的に制御して負荷への節電電力を制御し、電力の有効利用をすることはできないという課題があり、環境破壊や地球温暖化の防止の観点から電力の有効利用と自然エネルギーを利用した省エネルギー化が強く求められている。

また、従来の太陽光発電システムにおける単独運転検出は、能動方式にて外乱信号を系統に出力しているが、その外乱は負荷に対し直接影響を与えるものであり、単独運転状態となった瞬時において負荷に悪影響を与えるという課題があり、電源供給に対する安定性が求められている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、節電装置に発電装置を接続し、インバータを効果的に制御することにより、自然エネルギーから発電された電力を利用し、また、従来どおり負荷への安定した節電電力を供給することで電力の有効利用と省エネルギー化の両立を可能とし、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置の補償部で創エネ手段の単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源から単独運転の検出のために出力した外乱を低減することができる電源装置を提供することを目的としている。

本発明の単独運転検出方法及びその電源装置は上記目的を達成するために、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段への充電量を変更し単独運転を加速検出する充電加速検出手段を備える構成としたものである。

この手段により発電手段を交流電源に連系し、電力を逆潮流させると共に単独運転検出のために出力した外乱信号を、負荷に供給する電源から低減することで、自然エネルギーから発電された電力を利用し、また、従来どおり負荷への安定した節電電力を供給できるため、電力の有効利用と省エネルギー化の両立を可能とし、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置の補償部で創エネ手段の単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源から単独運転の検出のために出力した外乱を低減することができ、さらに充電加速検出手段により単独運転の検出速度を上げることを可能とすることができる単独運転検出方法あるいは電源装置が得られる。

また、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段からの放電量を変更し単独運転を加速検出する放電加速検出手段を備える構成としたものである。

この手段により、発電手段を交流電源に連系し、電力を逆潮流させると共に単独運転検出のために出力した外乱信号を、負荷に供給する電源から低減することで、自然エネルギーから発電された電力を利用し、また、従来どおり負荷への安定した節電電力を供給できるため、電力の有効利用と省エネルギー化の両立を可能とし、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置の補償部で創エネ手段の単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源から単独運転の検出のために出力した外乱を低減することができ、さらに放電加速検出手段により単独運転の検出速度を上げることを可能とすることができる単独運転検出方法あるいは電源装置を提供できる。

本発明によれば、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段への充電量を変更し単独運転を加速検出する充電加速検出手段を備える構成とすることで、発電手段を交流電源に連系し、電力を逆潮流させると共に単独運転検出のために出力した外乱信号を、負荷に供給する電源から低減することで、自然エネルギーから発電された電力を利用し、また、従来どおり負荷への安定した節電電力を供給できるため、電力の有効利用と省エネルギー化の両立を可能とし、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置の補償部で創エネ手段の単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源から単独運転の検出のために出力した外乱を低減することができ、さらに充電加速検出手段により単独運転の検出速度を上げることを可能とすることができるという効果のある単独運転検出方法あるいは電源装置を提供できる。

また、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段からの放電量を変更し単独運転を加速検出する放電加速検出手段を備える構成とすることで、発電手段を交流電源に連系し、電力を逆潮流させると共に単独運転検出のために出力した外乱信号を、負荷に供給する電源から低減することで、自然エネルギーから発電された電力を利用し、また、従来どおり負荷への安定した節電電力を供給できるため、電力の有効利用と省エネルギー化の両立を可能とし、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置の補償部で創エネ手段の単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源から単独運転の検出のために出力した外乱を低減することができ、さらに放電加速検出手段により単独運転の検出速度を上げることを可能とすることができるという効果のある単独運転検出方法あるいは電源装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段への充電量を変更し単独運転を加速検出する充電加速検出手段を備える構成としたものであり、発電手段を交流電源に連系し、電力を逆潮流させると共に単独運転検出のために出力した外乱信号を、負荷に供給する電源から低減することで、自然エネルギーから発電された電力を利用し、また、従来どおり負荷への安定した節電電力を供給できるため、電力の有効利用と省エネルギー化の両立を可能とし、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置の補償部で創エネ手段の単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源から単独運転の検出のために出力した外乱を低減することができ、さらに充電加速検出手段により単独運転の検出速度を上げることを可能とすることができるという作用を有する。

また、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段からの放電量を変更し単独運転を加速検出する放電加速検出手段を備える構成としたものであり、発電手段を交流電源に連系し、電力を逆潮流させると共に単独運転検出のために出力した外乱信号を、負荷に供給する電源から低減することで、自然エネルギーから発電された電力を利用し、また、従来どおり負荷への安定した節電電力を供給できるため、電力の有効利用と省エネルギー化の両立を可能とし、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置の補償部で創エネ手段の単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源から単独運転の検出のために出力した外乱を低減することができ、さらに放電加速検出手段により単独運転の検出速度を上げることを可能とすることができるという作用を有する。

さらに、系統連系制御手段は、周波数に外乱を発生させる周波数外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、周波数の外乱を低減する周波数外乱低減手段を備える構成としたものであり、周波数の外乱信号を発生させることで単独運転の一次検出を可能とすることができるという作用を有する。

また、系統連系制御手段は、電流振幅に外乱を発生させる電流振幅外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、電流振幅の外乱を低減する電流振幅外乱低減手段を備える構成としたものであり、電流振幅の外乱信号を発生させることで単独運転の一次検出を可能とすることができるという作用を有する。

さらに、系統連系制御手段は、電流位相に外乱を発生させる電流位相外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、電流位相の外乱を低減する電流位相外乱低減手段を備える構成としたものであり、電流位相の外乱信号を発生させることで単独運転の一次検出を可能とすることができるという作用を有する。

また、単独運転の検出は、コンデンサの電圧低下あるいは上昇を検知するコンデンサ電圧変動検出手段により検出するように構成したものであり、フルブリッジコンバータの回生動作、及びフルブリッジインバータの力行動作による急激なコンデンサの電力減少を検出することで、単独運転の一次検出を可能とすることができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の電源装置構成図を示す。図において、交流電源１から負荷の間には、電源装置を配置している。電源装置は、交流電源１から供給される電源の電源電圧をユーザーの求める電圧に調整する節電装置２を備えている。また節電装置２は、スイッチング素子３と逆並列したダイオード４を上下に直列接続した２つのアームによりフルブリッジコンバータ５及びフルブリッジインバータ６はそれぞれ構成している。また、フルブリッジコンバータ５及びフルブリッジインバータ６と並列に接続したコンデンサ７と、そのコンデンサ７には太陽光発電手段８をリンクしている。さらに、フルブリッジインバータ６の出力には、直列変圧器９の二次巻線が接続され、一次巻線側は交流電源１と負荷に直列接続している。また、フルブリッジコンバータ５は、太陽光発電手段８の系統連系インバータとして動作ができるよう配置構成している、すなわちスイッチング素子３ａから３ｄを電流制御形のインバータとしてＰＷＭ変調にて駆動する。さらに、系統連系制御手段１０は、太陽光発電手段８からの発電電力を交流電源１あるいは負荷に供給している場合の交流電源１の遮断に対し、単独運転を検出するための外乱信号を発生する。また、発生した外乱を低減し、負荷に電源を供給する外乱低減制御手段１１を接続構成している。また太陽光発電手段８からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段１２と、蓄電手段１２への充電あるいは放電を制御する充放電手段１３と、単独運転検出のための外乱信号の発生量が規定値Ｋ１を超えたときに蓄電手段１２への充電量を変更し、単独運転を加速検出する充電加速検出手段１４を備えている。

次に、系統連系制御手段１０の構成について図２を参照しながら説明する。図に示すように、系統連系制御手段１０は、発電電力と直列変圧器９からフルブリッジインバータ６を通して回生された交流電源１の過剰電力を交流電源１に逆潮流するよう電流指令値計算を行なう逆潮流計算部１０ａと、逆潮流する電流に重畳する外乱を計算する外乱計算部１０ｂと、計算した外乱を逆潮流計算部１０ａにて計算した電流指令値に加算して出力制御する逆潮流出力制御部１０ｃにより構成する。

次に逆潮流計算部１０ａのフローチャートについて、図３を参照しながら説明する。図に示すように、逆潮流計算部１０ａは、コンデンサ７の電圧を入力し、コンデンサ７の目標電圧との差分値からＰＩ制御を行なうことでコンデンサ７の電圧が一定とするように制御する。逆潮流する電流指令値は、前記実際のコンデンサ７の電圧Ｖｔと目標電圧Ｖｔ＊との偏差をＰＩ制御器に入力することで指令値として計算する。

次に外乱計算部１０ｂのフローチャートについて、図４を参照しながら説明する。図に示すように、外乱計算部１０ｂは、位相θ１に重畳する外乱信号Ｉｉｒを計算する。外乱信号Ｉｉｒのピーク値の初期値はＩｉｒ（０）であり、単独運転である可能性が出た場合には、その時の外乱信号Ｉｉｒ（ｔ）が正の値であれば△Ｉｉｒを加算更新し、Ｉｉｒ（ｔ）が負の値であれば△Ｉｉｒを減算更新するように構成している。単独運転である可能性は、交流電源１の電源電圧の変動を監視し、その電源電圧の位相θ１に外乱信号の重畳による歪みの発生状況によって判定する。

次に、発生した外乱を低減し、負荷に電源を供給する外乱低減制御手段１１の制御フローチャートについて図５を参照しながら説明する。図に示すように、外乱低減制御手段１１は、負荷に供給する電源電圧の歪みを検出し、負荷に供給する電源電圧を目標となる正弦波電圧とするように実際の負荷に供給する電圧との偏差を計算、すなわち必要となる歪みの補正信号を計算する。計算した補正信号と、節電装置２として目標電圧と検出電圧を比較計算した偏差信号を加算し、トータル補償分を計算する。直列変圧器９の変圧比を乗算し、フルブリッジインバータ６の補償電圧を計算する。計算した補償電圧が、補償可能な瞬時電圧を超えた場合は、歪み補正信号のリミット制御を行なうことで、フルブリッジインバータ６の出力可能範囲となるように制御する。本計算した指令値によりフルブリッジインバータ６を制御することで、フルブリッジコンバータ５により発生させた外乱信号の補償と、節電装置２としての電圧補償を行なうこととなる。

次に、単独運転検出のための外乱信号の発生量が規定値Ｋ１を超えたときに蓄電手段１２への充電量を変更し、単独運転を加速検出する充電加速検出手段１４の制御フローチャートについて図６を参照しながら説明する。図に示すように、充電加速検出手段１４は、系統連系制御手段１０により発生した外乱信号の指令値を監視する。監視している外乱信号の指令値がＫ１を超えた場合は、蓄電手段１２への充電電力を増加、すなわち交流電源１に逆潮流させる太陽光発電手段８からの発電電力を抑制する。抑制制御は現在発電している発電電力の１／Ｋ２倍まで絞る。発電電力を抑制している途中において、交流電源１の電源電圧が降下した場合、交流電源１から供給される電源の電源電圧をユーザーの求める電圧に調整する節電装置２は、降下した電圧に応じて、負荷への供給調整を行うこととなる。この時、電圧調整値が規定値を超えた場合、交流電源１の電源電圧低下、すなわち単独運転を検出する。

以上のように本実施例によれば、負荷に対して安定した電圧にて電力供給すると共に、太陽光発電などの発電手段の単独運転を検出するための外乱信号を補償し、負荷に対して外乱を低減することを可能とすることができ、さらに高感度に検出した単独運転信号から太陽光発電などの発電手段の出力を絞ることでより迅速に単独運転の検出が可能となる。

なお、本実施例においては、抑制制御は現在発電している発電電力の１／Ｋ２倍としたが、規定の発電電力Ｗ１としてもよい。

また、本実施例においては、発電手段を太陽光発電としたが、風力発電、波力発電、地熱発電等であってもよい。

（実施の形態２）
なお、実施の形態１と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７に本発明の実施の形態２の電源装置構成図を示す。図において、電源装置には放電加速検出手段１５を備えている。

次に、単独運転検出のための外乱信号の発生量が規定値Ｋ１を超えたときに蓄電手段１２からの放電量を変更し、単独運転を加速検出する放電加速検出手段１５の制御フローチャートについて図８を参照しながら説明する。図に示すように、放電加速検出手段１５は、系統連系制御手段１０により発生した外乱信号の指令値を監視する。監視している外乱信号の指令値がＫ１を超えた場合は、交流電源１に逆潮流させる太陽光発電手段８からの発電電力に蓄電手段１２に蓄電した電力を重畳させて逆潮流する。この重畳制御により現在発電している発電電力のＫ３倍まで増加させる。重畳制御の途中において、交流電源１の電源電圧が上昇した場合、交流電源１から供給される電源の電源電圧をユーザーの求める電圧に調整する節電装置２は、上昇した電圧に応じて、負荷への供給調整を行うこととなる。この時の供給調整量の増加から、交流電源１の電源電圧低下、すなわち単独運転を検出する。

以上のように本実施例によれば、負荷に対して安定した電圧にて電力供給すると共に、太陽光発電などの発電手段の単独運転を検出するための外乱信号を補償し、負荷に対して外乱を低減することを可能とすることができ、さらに高感度に検出した単独運転信号から太陽光発電などの発電手段の出力に蓄電手段に蓄電した電力を重畳させて逆潮流することで、より迅速に単独運転の検出が可能となる。

なお、本実施例においては、重畳制御は現在発電している発電電力のＫ３倍としたが、フルブリッジインバータの定格出力までとしてもよい。

また、本実施例においては、発電手段を太陽光発電としたが、風力発電、波力発電、地熱発電等であってもよい。

（実施の形態３）
なお、実施の形態１あるいは実施の形態２と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図９に本発明の実施の形態３の電源装置構成図を示す。図において、電源装置には周波数外乱発生手段１６を備え、外乱低減制御手段１１には、周波数の外乱を低減する周波数外乱低減手段１７を備えている。

次に交流電源１が遮断した瞬間からの周波数の外乱発生及び低減について、図１０を参照し、周波数外乱発生手段１６のフローチャートについて図１１を参照しながら説明し、周波数外乱低減手段１７のフローチャートについて図１２を参照しながら説明する。図１０に示すように、周波数外乱発生手段１６は、フルブリッジコンバータ５により太陽光発電手段８からの発電電力、及び節電装置２としての過剰電力を回生する電流波形において、周波数を電源周波数ｆ１からｆ２に上げるよう制御する。また、周波数の外乱を低減する周波数外乱低減手段１７は、交流電源１が遮断し、単独運転となったことが想定された場合、負荷への電源供給は周波数が上昇するため、補償量がフルブリッジコンバータ５により発生した外乱信号分により急峻に増加することとなる。また急峻な増加は、単独運転を開始した瞬間に電圧位相跳躍が発生しない場合、すなわち電圧位相と電流位相が等しい場合であっても、フルブリッジコンバータ５は上昇させた周波数にて動作させる。しかし、フルブリッジインバータ６は基本となる電源周波数（５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の電源電圧となるよう制御するため、フルブリッジインバータ６の補償量は単独運転開始時に電圧、電流位相が等しい状態であっても、時間経過に伴って増加することとなる。その結果、補償量が補償限界値を超えた場合、単独運転であると検出する。単独運転であると検出した時には、フルブリッジコンバータ５及びフルブリッジインバータ６はゲートブロックを行い、交流電源１から太陽光発電手段８を切り離すように制御を行なう。また図１１に示すように、周波数外乱発生手段１６は、交流電源１の電圧検出値から電源周波数ｆ１を演算する。演算した電源周波数ｆ１に対し、周波数外乱分の△ｆを加算し回生電流制御を行なう。回生電流制御はスイッチング素子３ａから３ｄを適宜スイッチングすることにより制御する。この時、フルブリッジインバータ６の補償量増加フラグが１であれば、外乱の発生量を増加させる。また補償量増加フラグが０であれば、外乱の発生量を初期値に戻すよう制御する。次に、図１２に示すように、まず周波数外乱低減手段１７は、負荷に供給する目標電圧と、実際の電圧との偏差を計算する。計算した偏差から直列変圧器９の変圧比を乗じた目標補償量を計算する。計算した目標補償量が前回値と比較して、増加していれば補償量増加フラグを１に変更し、減少あるいは変化がなければ補償量増加フラグを０にクリアする。また、フルブリッジインバータ６による補償は、スイッチング素子３ｅから３ｈを適宜スイッチングにより制御する。また、周波数外乱発生手段１６の単独運転検出のための外乱信号の発生量が規定値Ｋ１を超えたときに、充電加速検出手段１４及び節電装置２による負荷への電源供給調整量から、交流電源１の電源電圧低下、すなわち単独運転を検出する。

以上のように本実施例によれば、周波数に外乱を発生させる周波数外乱発生手段１６と、発生した周波数の外乱を低減する周波数外乱低減手段１７と、充電加速検出手段１４とを備えることで、高速に単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源に外乱の影響を低減することを可能とすることができる。

なお、本実施例においては、発電手段を太陽光発電としたが、風力発電、波力発電、地熱発電等であってもよい。

（実施の形態４）
なお、実施の形態１から３と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１３に本発明の実施の形態４の電源装置構成図を示す。図において、電源装置には電流振幅外乱発生手段１８を備え、外乱低減制御手段１１には、電流振幅の外乱を低減する電流振幅外乱低減手段１９を備えている。

次に交流電源１が遮断された瞬間からの電流振幅の外乱発生による電圧振幅の外乱及び外乱の低減について、図１４を参照しながら説明し、電流振幅外乱発生手段１８のフローチャートについて図１５を参照しながら説明し、電流振幅外乱低減手段１９のフローチャートについて図１６を参照しながら説明する。図１４に示すように、電流振幅外乱発生手段１８は、フルブリッジコンバータ５により太陽光発電手段８からの発電電力、及び節電装置２としての過剰電力を回生する電流指令において、位相θｆ１からθｆ２の期間は、高調波電流を重畳するように制御する。また、電流振幅の外乱を低減する電流振幅外乱低減手段１９は、単独運転発生時に負荷に供給する電源の電圧歪みの悪影響分を補償するため、フルブリッジインバータ６により位相θｆ１からθｆ２の期間の高調波分を補償するように出力する。フルブリッジインバータ６による補償量が増加した場合、この外乱の発生量はさらに増加させ、その時の補償量増加が継続し電流外乱補償限界値を超えた場合、充電加速検出手段１４及び節電装置２による負荷への電源供給調整量から、交流電源１の電源電圧低下、すなわち単独運転を検出する。単独運転であると検出した時には、フルブリッジコンバータ５及びフルブリッジインバータ６は、ゲートブロックを行い、交流電源１から太陽光発電手段８を切り離し、最終的には停止するように制御を行なう。次に図１５に示すように、電流振幅外乱発生手段１８は、交流電源１の電圧検出値から電源電圧実効値を演算する。演算した電源電圧実効値Ｖａｃ＿ｒｍｓに対し、電流振幅外乱分の△Ｖａｃ＿ｉｐｅａｋを加算し回生電流制御を行なう。回生電流制御はスイッチング素子３ａから３ｄを適宜スイッチングにより制御する。この時、フルブリッジインバータ６の補償量増加フラグが１であれば、外乱の発生量を増加させる。また補償量増加フラグが０であれば、外乱の発生量を初期値に戻すよう制御する。また図１６に示すように、電流振幅外乱低減手段１９は、負荷に供給する目標電圧と、実際の電圧との偏差を計算する。計算した偏差から直列変圧器９の変圧比を乗じた目標補償量を計算する。計算した目標補償量が前回値と比較して、増加していれば補償量増加フラグを１に変更し、減少あるいは変化がなければ補償量増加フラグを０にクリアする。また、フルブリッジインバータ６による補償は、スイッチング素子３ｅから３ｈを適宜スイッチングにより制御する。

以上のように本実施例によれば、電流振幅に外乱を発生させる電流振幅外乱発生手段１８と、発生した電流振幅の外乱を低減する電流振幅外乱低減手段１９と充電加速検出手段１４とを備えることで、高速に単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源に外乱の影響を低減することを可能とすることができる。

なお、本実施例においては、発電手段を太陽光発電としたが、風力発電、波力発電、地熱発電等であってもよい。

（実施の形態５）
なお、実施の形態１から４と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１７に本発明の実施の形態５の電源装置構成図を示す。図において、電源装置には電流位相外乱発生手段２０を備え、外乱低減制御手段１１には、電流位相の外乱を低減する電流位相外乱低減手段２１を備えている。

次に交流電源１が遮断された瞬間からの電流位相の外乱発生による電圧の外乱及び外乱の低減について、図１８を参照しながら説明し、電流位相外乱発生手段２０のフローチャートについて、図１９を参照しながら説明し、電流位相外乱低減手段２１について図２０を参照しながら説明する。図１８に示すように、電流位相外乱発生手段２０は、フルブリッジコンバータ５により太陽光発電手段８からの発電電力、及び節電装置２としての過剰電力を回生する電流指令を電圧位相に対して、θｖ１遅れるように指令を出力する。電流位相の外乱を低減する電流位相外乱低減手段２１は、通常時、交流電源１への電流位相の外乱は無効電力を注入しているだけのため、交流電源１の電圧変動は発生しないため、補償は行なわない。交流電源１が遮断された場合、太陽光発電手段８及び節電装置としての過剰電力回生分が電圧源となるため、電流位相外乱発生手段２０により発生した外乱は、負荷に直接影響を及ぼすこととなる。この影響を及ぼす外乱は単独運転の検出のため、フルブリッジインバータ６からの電流位相外乱の補償量が増加した場合、さらに発生量を増加させ、フルブリッジインバータ６の補償量が電流位相外乱補償限界値を超えた場合、充電加速検出手段１４及び節電装置２による負荷への電源供給調整量から、交流電源１の電源電圧低下、すなわち単独運転を検出する。単独運転であると検出した時には、フルブリッジコンバータ５及びフルブリッジインバータ６はゲートブロックを行い、交流電源１から太陽光発電手段８を切り離し、最終的には停止するように制御を行なう。次に図１９に示すように、電流位相外乱発生手段２０は、交流電源１の電圧検出値から電源電圧実効値と位相を演算する。演算した電源電圧実効値Ｖａｃ＿ｒｍｓの位相θに対し、電流位相外乱分の位相遅れθｉ１を加算し回生電流制御を行なう。回生電流制御はスイッチング素子３ａから３ｄを適宜スイッチングにより制御する。この時、フルブリッジインバータ６の補償量増加フラグが１であれば、外乱の発生量を増加させる。また補償量増加フラグが０であれば、外乱の発生量を初期値に戻すよう制御する。また図２０に示すように、電流位相外乱低減手段２１は、負荷２に供給する目標電圧と、実際の電圧との偏差を計算する。計算した偏差から直列変圧器９の変圧比を乗じた目標補償量を計算する。計算した目標補償量が前回値と比較して、増加していれば補償量増加フラグを１に変更し、減少あるいは変化がなければ補償量増加フラグを０にクリアする。また、フルブリッジインバータ６による補償は、スイッチング素子３ｅから３ｈを適宜スイッチングにより制御する。

以上のように本実施例によれば、電流位相に外乱を発生させる電流位相外乱発生手段２０と、発生した電流位相の外乱を低減する電流位相外乱低減手段２１と、充電加速検出手段１４とを備えることで、高速に単独運転を検出すると同時に、負荷に供給する電源に外乱の影響を低減することを可能とすることができる。

なお、本実施例においては、発電手段を太陽光発電としたが、風力発電、波力発電、地熱発電等であってもよい。

（実施の形態６）
なお、実施の形態１から５と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２１に本発明の実施の形態６の電源装置構成図を示す。図において、電源装置にはコンデンサ７の電圧低下あるいは上昇を検知するコンデンサ電圧変動検出手段２２を備えている。

次に交流電源１が遮断された瞬間からの電源装置の動作について、図２２を参照しながら説明する。図に示すように、交流電源１が遮断された後、負荷への電源供給は太陽光発電手段８からのみとなる。この時、負荷より太陽光発電手段８からの供給電力が多い場合、フルブリッジコンバータ５により交流電源１へ逆潮流させる太陽光発電手段８は、絞る必要がある。このため、節電装置２における負荷への供給電圧調整が働くことで、負荷への供給電圧は安定化される。ここで、フルブリッジインバータ６による回生電力により直流中間電圧は上昇、すなわちコンデンサ７の電圧は上昇することとなる。あるいはまた、負荷が太陽光発電手段８からの供給電力より多い場合、フルブリッジコンバータ５により交流電源１へ逆潮流させる電力では不足することとなる。このため、節電装置２における負荷への供給電圧調整が働くことで、負荷への供給電圧は安定化される。ここで、フルブリッジインバータ６による力行動作により直流中間電圧は降下、すなわちコンデンサ７の電圧は降下することとなる。

以上のように本実施の形態によれば、単独運転状態となった際に、コンデンサ７の電圧が変動することとなるため、コンデンサ７の電圧変動を検知するコンデンサ電圧変動検出手段２２により単独運転を検出することができると同時に、負荷に供給する電源に外乱の影響を低減することを可能とすることができる。

なお、本実施例においては、発電手段を太陽光発電としたが、風力発電、波力発電、地熱発電等であってもよい。

風力発電、太陽光発電、波力発電、地熱発電等の発電装置を系統連系する場合に、発電のみならず、節電装置により設備における電力過剰供給を防止することも可能であり、一般住宅に限らずオフィスビルのような非居住空間のシステム用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電源装置構成図 同系統連系制御手段の構成図 同逆潮流計算部のフローチャート 同外乱計算部のフローチャート 同外乱低減制御手段のフローチャート 同充電加速検出手段の制御フローチャート 本発明の実施の形態２における電源装置構成図 同放電加速検出手段の制御フローチャート 本発明の実施の形態３における電源装置構成図 同周波数の外乱発生及び低減についての説明図 同周波数外乱発生手段のフローチャート 同周波数外乱低減手段のフローチャート 本発明の実施の形態４における電源装置構成図 同電流振幅の外乱発生による電圧振幅の外乱及び低減についての説明図 同電流振幅外乱発生手段のフローチャート 同電流振幅外乱低減手段のフローチャート 本発明の実施の形態５における電源装置構成図 同電流位相の外乱発生による電圧の外乱及び外乱の低減についての説明図 同電流位相外乱発生手段のフローチャート 同電流位相外乱低減手段の説明図 本発明の実施の形態６における電源装置構成図 同交流電源遮断時の電源装置の動作説明図 従来の節電装置の構成図 従来の単独運転検出を搭載した電源装置の構成図

符号の説明

１ 交流電源
２ 節電装置
３ スイッチング素子
４ ダイオード
５ フルブリッジコンバータ
６ フルブリッジインバータ
７ コンデンサ
８ 太陽光発電手段
９ 直列変圧器
１０ 系統連系制御手段
１１ 外乱低減制御手段
１２ 蓄電手段
１３ 充放電手段
１４ 充電加速検出手段
１５ 放電加速検出手段
１６ 周波数外乱発生手段
１７ 周波数外乱低減手段
１８ 電流振幅外乱発生手段
１９ 電流振幅外乱低減手段
２０ 電流位相外乱発生手段
２１ 電流位相外乱低減手段
２２ コンデンサ電圧変動検出手段

Claims (12)

1. スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段への充電量を変更し単独運転を加速検出する充電加速検出手段を備えたことを特徴とする単独運転検出方法。
2. スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段への充電量を変更し単独運転を加速検出する充電加速検出手段を備えたことを特徴とする電源装置。
3. スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段からの放電量を変更し単独運転を加速検出する放電加速検出手段を備えたことを特徴とする単独運転検出方法。
4. スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した４つのアームにより構成したフルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータと、前記４つのアームに並列に接続したコンデンサと、交流電源と一次巻線を直列に接続し、かつフルブリッジインバータの出力からリアクトルを通して二次巻線を直列に接続した直列変圧器と、前記フルブリッジコンバータ、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部により構成される節電装置、あるいは電圧安定化装置において、前記コンデンサに並列接続した発電手段と、前記フルブリッジコンバータを前記発電手段の系統連系インバータとして制御し、かつ前記発電手段の単独運転検出のための外乱信号を発生させる系統連系制御手段と、前記外乱信号が低減するように前記フルブリッジインバータを制御する外乱低減制御手段と、前記発電手段からの発電電力を一時的に蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段への充電、あるいは放電を行う充放電手段と、外乱信号が一定量増加した時に蓄電手段からの放電量を変更し単独運転を加速検出する放電加速検出手段を備えたことを特徴とする電源装置。
5. 系統連系制御手段は、周波数に外乱を発生させる周波数外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、周波数の外乱を低減する周波数外乱低減手段を備えたことを特徴とする請求項１あるいは３に記載の単独運転検出方法。
6. 系統連系制御手段は、周波数に外乱を発生させる周波数外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、周波数の外乱を低減する周波数外乱低減手段を備えたことを特徴とする請求項２あるいは４に記載の電源装置。
7. 系統連系制御手段は、電流振幅に外乱を発生させる電流振幅外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、電流振幅の外乱を低減する電流振幅外乱低減手段を備えたことを特徴とする請求項１あるいは３に記載の単独運転検出方法。
8. 系統連系制御手段は、電流振幅に外乱を発生させる電流振幅外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、電流振幅の外乱を低減する電流振幅外乱低減手段を備えたことを特徴とする請求項２あるいは４に記載の電源装置。
9. 系統連系制御手段は、電流位相に外乱を発生させる電流位相外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、電流位相の外乱を低減する電流位相外乱低減手段を備えたことを特徴とする請求項１あるいは３に記載の単独運転検出方法。
10. 系統連系制御手段は、電流位相に外乱を発生させる電流位相外乱発生手段を備え、外乱低減制御手段は、電流位相の外乱を低減する電流位相外乱低減手段を備えたことを特徴とする請求項２あるいは４に記載の電源装置。
11. 単独運転の検出は、コンデンサの電圧低下あるいは上昇を検知するコンデンサ電圧変動検出手段により検出することを特徴とする請求項１、３、５、７、９の何れかに記載の単独運転検出方法。
12. 単独運転の検出は、コンデンサの電圧低下あるいは上昇を検知するコンデンサ電圧変動検出手段により検出することを特徴とする請求項２、４、６、８、１０の何れかに記載の電源装置。

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