JPH07131930A - 単独運転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】系統停電による周波数変動を高精度で検出する
ことを目的とする。 【構成】商用周波数より低い低周波成分を重畳した電流
を出力する電圧形電流制御方式の連系用インバータの単
独運転検出装置４０であって、インバータ２０と商用電
力系統２との連系点の電圧Ｖの低周波成分を抽出する電
圧波形抽出手段４３と、インバータの出力電流Ｉの低周
波成分を抽出する電流波形抽出手段４４と、電圧波形抽
出手段及び電流波形抽出手段のそれぞれの出力の積を求
める乗算手段４７と、積が閾値を越えたときに単独運転
検出信号ＳＤを出力する比較手段４８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧形電流制御方式の
インバータを用いた系統連系システムにおける単独運転
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池や燃料電池などの数ＫＷ
程度の直流電源と、その出力を交流に変換するインバー
タとを備えた分散電源設備を商用電力系統と連系（接
続）し、家電製品などの負荷に給電する系統連系システ
ムが種々提案されている。

【０００３】系統連系システムでは、商用電力系統の保
全作業の安全を確保するため、商用電力系統の不測の停
電時及び作業停電時において、直ちにインバータの動作
を停止させるか、又は直ちに開閉器を作動させて連系を
解除することにより、インバータを商用電力系統から解
列させる機能、すなわちインバータ回路の単独運転を防
止する機能が不可欠である。

【０００４】従来の系統連系システムは、インバータの
出力電圧変動や出力周波数変動により系統停電を検出
し、インバータを商用電力系統から解列させるように構
成されていた。しかし、このような系統連系システムで
は、インバータの出力電力と負荷の消費電力とがほぼ等
しい負荷平衡状態のときには、インバータの出力電圧や
出力周波数がほとんど変動しないことから、系統停電を
検出できないという問題があった。

【０００５】そこで、周波数変動による系統停電の検出
を確実なものにするため、インバータにおけるフィード
バック制御に際して、制御目標値に数ヘルツ程度のゆら
ぎを与えておき、停電時にインバータの出力周波数を積
極的に変化させる能動的検出方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】連系点には、各種高調
波成分や負荷変動による低周波成分などのノイズが重畳
するので、系統停電による周波数変動を誤りなく検出す
ることが困難であるという問題があった。

【０００７】本発明は、検出精度の向上を図ることを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る装
置は、上述の課題を解決するため、商用周波数より低い
低周波成分を重畳した電流を出力する電圧形電流制御方
式の連系用インバータの単独運転検出装置であって、前
記インバータと商用電力系統との連系点の電圧の前記低
周波成分を抽出する電圧波形抽出手段と、前記インバー
タの出力電流の前記低周波成分を抽出する電流波形抽出
手段と、前記電圧波形抽出手段及び電流波形抽出手段の
それぞれの出力の積を求める乗算手段と、前記積が閾値
を越えたときに単独運転検出信号を出力する比較手段と
を備える。

【０００９】請求項２の発明に係る装置は、前記連系点
の電圧の絶対値を前記電圧波形抽出手段に入力させる全
波整流回路と、前記インバータの出力電流の絶対値を前
記電流波形抽出手段に入力させる全波整流回路とを備え
る。

【００１０】請求項３の発明に係る装置は、前記電圧波
形抽出手段及び電流波形抽出手段が、それぞれ２次以上
の高次フィルタ回路を含んで構成される。

【００１１】

【作用】連系運転時には、インバータの出力電流の変化
は、商用電力系統によって吸収され、連系点の電圧周波
数はほぼ商用周波数に維持される。

【００１２】系統停電時には、インバータの出力電流の
変化にともなって負荷電圧も変化し、連系点の電圧にイ
ンバータの出力電流と同相の低周波成分が重畳する。イ
ンバータの出力電流の低周波成分と、連系点の電圧の低
周波成分とをそれぞれ抽出して掛け合わせることによ
り、同相成分が強調されて大きな信号変化として現れる
ので、電流ノイズ及び電圧ノイズの影響が軽減されるこ
とになり、系統停電に起因するインバータの出力変化を
高精度で検出できる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係る単独運転検出装置４０を
備えた太陽光発電システム１のブロック図、図２は図１
のインバータ２０のブロック図である。

【００１４】図１において、太陽光発電システム１は、
定格電圧が２００Ｖ程度の太陽電池１０、電圧形電流制
御方式のインバータ２０、系統保護用の開閉装置３０、
及び単独運転検出装置４０から構成され、図示しない変
圧器などを介して商用電力系統２と連系されている。配
電線Ｌには各種の家電製品などの負荷Ｚが接続されてい
る。

【００１５】インバータ２０は、複数のスイッチング素
子からなるインバータ回路２１及びその制御系２２を有
している。図２に示すように、インバータ２０において
は、日射量に応じて変動する太陽電池１０の出力電圧Ｖ
１が、アイソレーションアンプなどによって検出され、
差動増幅器２２０によって太陽電池１０の出力電圧Ｖ１
と電圧指令値Ｖｒｅｆとの差を増幅した入力誤差信号Ｓ
ａが生成される。入力誤差信号Ｓａは、乗算器２２１の
一方の入力信号となる。このとき、電圧指令値Ｖｒｅｆ
として、太陽電池１０の最適動作点の近辺の値が設定さ
れる。ただし、インバータ２０の単独運転を検出するた
めに、電圧指令値Ｖｒｅｆには、４Ｈｚ程度の低周波の
重畳によって、ゆらぎが与えられる。

【００１６】乗算器２２１には、他方の入力信号とし
て、変圧器２４とバンドパスフィルタ２２４とによって
抽出された連系点電圧Ｖ３の基本周波数成分が入力され
る。そして、入力誤差信号Ｓａと基本周波数成分との乗
算によって制御の目標値を示す電流指令値信号Ｓｉが生
成される。つまり、入力誤差信号Ｓａによってインバー
タ回路２の出力電流の大きさ（振幅）が設定され、連系
点の系統電圧によって出力電流の位相が設定される。

【００１７】電流指令値信号Ｓｉと、変流器２３などに
よって検出された実際の出力電流値とが演算増幅器（エ
ラーアンプ）２２２に入力され、電流誤差信号ＳΔｉが
生成される。この電流誤差信号ＳΔｉはＰＷＭ制御部２
２３に入力される。

【００１８】ＰＷＭ制御部２２３では、電流誤差信号Ｓ
Δｉと２０ｋＨｚ程度の基準三角波信号との比較によ
り、電流誤差信号ＳΔｉが零となるようにパルス幅を調
整したスイッチング信号が生成されてインバータ回路２
１へ出力される。

【００１９】このようなフィードバック制御により、通
常動作としては、太陽電池１０から最大電力を引き出す
ように電流値が設定され、且つ電流位相が系統電圧と同
一である力率１の交流電力がインバータ回路２１から出
力されることになる。

【００２０】さて、図１に戻って、単独運転検出装置４
０は、全波整流回路４１，４２、波形抽出部４３，４
４、乗算器４７、及び１６ビットのマイクロコンピュー
タ４８から構成されている。波形抽出部４３，４４は、
それぞれ高次（例えば８次）のローパスフィルタ４５
と、ハイパスフィルタ４６とから構成され、入力信号か
ら電圧指令値Ｖｒｅｆのゆらぎに対応した低周波成分を
抽出する。

【００２１】一方の全波整流回路４１には、変圧器２４
によって検出された連系点電圧Ｖが入力され、全波整流
回路４１から波形抽出部４３へ連系点電圧Ｖの絶対値を
示す信号が入力される。また、他方の全波整流回路４２
には、変流器２３によって検出されたインバータ２０の
出力電流Ｉが入力され、全波整流回路４２から波形抽出
部４４へ出力電流Ｉの絶対値を示す信号が入力される。

【００２２】波形抽出部４３，４４により抽出された低
周波成分は、それぞれ乗算器４７に加えられ、電圧Ｖの
低周波成分と電流Ｉの低周波成分との積である変化成分
信号Ｓ４７が乗算器４７から出力される。

【００２３】ここで、商用電力系統２の稼働中は、商用
電力系統２の電源容量が太陽電池１０の電源容量に比べ
て桁違いに大きく且つ周波数が安定であるので、インバ
ータ２０の出力電流Ｉの微小変動を補う形で負荷Ｚに電
流が供給される。すなわち、インバータ２０の出力電流
Ｉのゆらぎが商用電力系統２によって吸収され、連系点
電圧Ｖの周波数は商用周波数に維持される。その結果、
波形抽出部４３の出力は０レベルになる。

【００２４】これに対して、系統停電時には、インバー
タ２０の出力電流Ｉの変化にともなって負荷電圧も変化
し、連系点電圧Ｖに出力電流Ｉと同相の低周波成分が重
畳する。

【００２５】インバータ２０の出力電流Ｉ及び連系点電
圧Ｖからそれぞれ低周波成分を抽出して掛け合わせるこ
とにより、同相の変化成分が強調されて大きな信号変化
として変化成分信号Ｓ４７に現れる。

【００２６】太陽光発電システム１では、このような変
化成分信号Ｓ４７に基づいて、マイクロコンピュータ４
８によって単独運転状態が検出される。すなわち、マイ
クロコンピュータ４８は、アナログポートに入力された
変化成分信号Ｓ４７のＡ／Ｄ変換値と、予め格納されて
いる閾値データとを比較する。そして、マイクロコンピ
ュータ４８は、変化成分信号Ｓ４７が閾値を越えたとき
に、単独運転検出信号ＳＤを開閉装置３０へ出力する。

【００２７】開閉装置３０は、単独運転検出信号ＳＤに
呼応して作動し、インバータ２０と商用電力系統２との
連系を解除する。これにより太陽光発電システム１が商
用電力系統２から解列される。

【００２８】マイクロコンピュータ４８を用いることに
より、検出の分解能や開閉装置３０の制御タイミングな
どの任意の設定が容易となる。また、マイクロコンピュ
ータ４８をインバータ２０の制御と兼用することもでき
る。

【００２９】上述の実施例によれば、波形抽出部４３，
４４のローパスフィルタ４５を高次として選択度を高め
たので、ゆらぎの側帯波成分をカットして基本成分のみ
を抽出することができることから、ゆらぎを可及的に低
い周波数としてインバータ２０の運転効率を高めること
ができる。

【００３０】上述の実施例によれば、全波整流回路４
１，４２を設けたので、検知の迅速化及び波形抽出部４
３，４４の低耐圧化によるコスト低減を図ることができ
る。つまり、原理的には系統停電時における電圧の変化
は電流と同相になるが、電圧及び電流のそれぞれの検出
手段の特性によっては、検出後の段階で電圧と電流との
間に位相差が生じる場合がある。この場合、全波整流回
路４１，４２を省略すると、電圧の極性と電流の極性と
が異なるときに、これらの乗算結果が負になり、マイク
ロコンピュータ４８は例えば０〜５Ｖの正極性の信号の
レベルを判定するので、乗算結果が負になる期間は検出
の不感期間となって検出が遅れる。また、半波整流回路
を設けた場合には、電圧と電流とが同相であっても、極
性が負のときに不感期間となってしまう。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、乗算により同相の変化
成分が強調されるので、ノイズの影響を抑えた高精度の
検出を実現することができる。

【００３２】請求項２の発明によれば、単一極性の信号
を扱うプロセッサを用いて迅速且つ高精度の検出を実現
することができるとともに、波形抽出手段のコスト低減
を図ることができる。

【００３３】請求項３の発明によれば、インバータの出
力電流の能動的変化をより確実に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単独運転検出装置を備えた太陽光
発電システムのブロック図である。

【図２】図１のインバータのブロック図である。

【符号の説明】

２ 商用電力系統 ２０ インバータ（連系用インバータ） ４０ 単独運転検出装置 ４３ 波形抽出部（電圧波形抽出手段） ４４ 波形抽出部（電流波形抽出手段） ４７ 乗算器（乗算手段） ４８ マイクロコンピュータ（比較手段） ＳＤ 単独運転検出信号 ４１，４２ 全波整流回路 ４５ ローパスフィルタ（高次フィルタ回路）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用周波数より低い低周波成分を重畳した
   電流を出力する電圧形電流制御方式の連系用インバータ
   の単独運転検出装置であって、 前記インバータと商用電力系統との連系点の電圧の前記
   低周波成分を抽出する電圧波形抽出手段と、 前記インバータの出力電流の前記低周波成分を抽出する
   電流波形抽出手段と、 前記電圧波形抽出手段及び電流波形抽出手段のそれぞれ
   の出力の積を求める乗算手段と、 前記積が閾値を越えたときに単独運転検出信号を出力す
   る比較手段と、 を備えたことを特徴とする単独運転検出装置。
2. 【請求項２】前記連系点の電圧の絶対値を前記電圧波形
   抽出手段に入力させる全波整流回路と、 前記インバータの出力電流の絶対値を前記電流波形抽出
   手段に入力させる全波整流回路と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載の単独運転検出
   装置。
3. 【請求項３】前記電圧波形抽出手段及び電流波形抽出手
   段が、それぞれ２次以上の高次フィルタ回路を含む ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の単独運転
   検出装置。