JP2001161032A - 系統連系パワーコンディショナ及びそれを用いた発電システム - Google Patents

系統連系パワーコンディショナ及びそれを用いた発電システム

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JP2001161032A JP34190599A JP34190599A JP2001161032A JP 2001161032 A JP2001161032 A JP 2001161032A JP 34190599 A JP34190599 A JP 34190599A JP 34190599 A JP34190599 A JP 34190599A JP 2001161032 A JP2001161032 A JP 2001161032A
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Masamichi Kurokami
誠路 黒神
Nobuyoshi Takehara
信善 竹原
Naoki Manabe
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部地絡による受電用漏電遮断器の不要動作
を防止する。 【解決手段】 対地静電容量を有する直流電源の出力が
入力され、１線が接地された低圧配電系統に受電用漏電
遮断器を介して連系する非絶縁型の系統連系パワーコン
ディショナにおいて、コンバータ部と、インバータ部
と、開閉手段と、受電用漏電遮断器より短い検出時間で
交流地絡を検出する交流地絡検出手段を具備し、インバ
ータ部は自己消弧形半導体素子とフリーホイーリングダ
イオードが逆並列接続されたスイッチング手段を複数有
し、インバータ部の入力と出力の各線の間には少なくと
も１つのスイッチング手段が配置され、交流地絡検出手
段により地絡が検出されたら、即時にインバータ部をゲ
ートブロックし、開閉手段を解列するとともに、少なく
とも開閉手段の解列が完了するまでの間はインバータ部
の入力電圧を低圧配電系統の電圧のピーク値より高い所
定電圧に保持する停止動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、系統連系パワーコ
ンディショナ及びそれを用いた発電システムに関し、特
に、対地浮遊容量を有する太陽電池等の直流電源を備
え、１線が接地された低圧配電系統に連系する発電シス
テムのトランスレス方式のパワーコンディショナ及びそ
れを用いた発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般の低圧配電系統に連系する太陽光発
電システムは図２のように構成される。太陽電池アレイ
１は、所望の電圧、電流が得られるよう太陽電池モジュ
ールの直並列を組合わせて構成する。太陽電池アレイ１
からの直流電力は系統連系パワーコンディショナ２に入
力され、系統連系パワーコンディショナ２にて交流電力
に変換される。系統連系パワーコンディショナ２の出力
は受電用漏電遮断器３を介して低圧配電系統４に接続さ
れる。また、負荷５が系統連系パワーコンディショナ２
と受電用漏電遮断器３の間に接続される。需要家内の配
線は、受電用漏電遮断器３から系統連系パワーコンディ
ショナ２側および負荷５側である。受電用漏電遮断器３
は、地絡電流を検出することにより需要家内の地絡事故
を検知し、その影響が需要家の外部である低圧配電系統
４へ波及しないよう需要家内外の接続を遮断する。
【０００３】ところで、太陽電池アレイ１はその面積が
広いことから対地浮遊容量６が存在する。太陽電池アレ
イ１を構成する太陽電池モジュールとして、近年、建材
一体型のものや薄型化されたものが開発されているが、
補強材として導電性を有する部材（金属板等）が使用さ
れる場合や下地材として金属板等の導電性を有する部材
が葺かれる場合もある。このような場合、太陽電池セル
と金属板とが短い距離で広い面積で対向して対地浮遊容
量６が大きくなるケースがある。また、雨などにより太
陽電池モジュールの表面などに水分が付着すると、水分
を介して対地浮遊容量６が発生する場合もある。
【０００４】一方、近年、系統連系パワーコンディショ
ナ２は高効率化、小型化、軽量化および低価格化などの
ため、絶縁トランスを有しない、いわゆるトランスレス
方式を採用しているものが多くなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、我々は、対
地浮遊容量６が大きく系統連系パワーコンディショナ２
がトランスレス方式の場合に需要家の外部で地絡事故が
発生すると、地絡電流が太陽電池アレイ１の対地浮遊容
量６を通じてシステム内に侵入し、系統連系パワーコン
ディショナ２を通過して、これが受電用漏電遮断器３に
検出されて不要動作の生じることを見出した。受電用漏
電遮断器３にこの不要動作が発生すると、需要家内で事
故が発生した訳でないのに、需要家内は停電してしま
う。
【０００６】上記の問題は太陽光発電システムに限られ
るものではない。燃料電池などを用いる発電システムで
も対地浮遊容量が大きければ同様の問題が発生し、外部
地絡事故により受電用漏電遮断器が不要動作し、需要家
内に停電が発生する可能性がある。
【０００７】本発明は、上述の問題を解決するためのも
のであり、外部地絡事故による受電用漏電遮断器の不要
動作を防止する非絶縁形のパワーコンディショナ及びそ
れを用いた発電システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成する一手段として、以下の構成を備える。
【０００９】即ち、本発明は、対地静電容量を有する直
流電源の出力が入力され、１線が接地された低圧配電系
統に受電用漏電遮断器を介して連系する非絶縁型の系統
連系パワーコンディショナにおいて、直流電源の出力が
入力されそれを電圧変換して出力するコンバータ部と、
コンバータ部の出力が入力されそれを交流電力に変換し
て出力するインバータ部と、インバータ部の出力側に接
続され低圧配電系統との接続を開閉する機械式接点を有
する開閉手段と、前記受電用漏電遮断器より短い検出時
間で交流地絡を検出する交流地絡検出手段を具備し、前
記インバータ部は自己消弧形半導体素子とフリーホイー
リングダイオードが逆並列接続されたスイッチング手段
を複数有し、前記インバータ部の入力と出力の各線の間
には少なくとも１つのスイッチング手段が配置され、前
記交流地絡検出手段により地絡が検出されたら、即時に
前記インバータ部をゲートブロックし、前記開閉手段を
解列するとともに、少なくとも前記開閉手段の解列が完
了するまでの間は前記インバータ部の入力電圧を前記低
圧配電系統の電圧のピーク値より高い所定電圧に保持す
る停止動作を行うことを特徴とする系統連系パワーコン
ディショナ、及び該パワーコンディショナと直流電源と
を有する発電システムを提供する。
【００１０】上記系統連系パワーコンディショナでは、
地絡の発生を受電用漏電遮断器より短時間に検知し、即
時にゲートブロックし開閉手段を解列するとともに、イ
ンバータ部の入力電圧を系統電圧のピーク値より高く保
持することで、侵入地絡電流を瞬時かつ確実に遮断し
て、受電用漏電遮断器の不要動作を防止する。また、別
途各相にＳＳＲなどの半導体スイッチ追加する必要がな
いので、低損失で安価に構成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態を図１
に示す。図１中、図２と同符号のものは同様のものを示
す。図１に示す形態と図２に示す例との相違点は、系統
連系パワーコンディショナ２の内部構成にある。
【００１２】本発明の発電システムの直流電源は、対地
浮遊容量を有するものであれば特に限定されないが、後
述するように、直流電源としては太陽電池が好適であ
る。なお、以下本明細書中では太陽電池アレイを例とし
て説明する。
【００１３】本発明の発電システムの直流電源として用
いられる太陽電池アレイ１は、種々の構成のものを用い
ることが可能である。もちろんアレイではなく、一個の
太陽電池を直流電源とすることもできるが、大きな電力
を得るためには、複数の太陽電池を有する太陽電池アレ
イが好適である。太陽電池アレイ１は、対地浮遊容量６
があるものであればよく、アレイを構成する太陽電池モ
ジュールの種類は限定されない。対地浮遊容量６が大き
いものほど本発明の効果は大きく、金属補強板上に太陽
電池セルが樹脂封止された太陽電池モジュール、金属板
上に接するように施工される太陽電池モジュール、建材
一体型の太陽電池モジュール等で太陽電池アレイを構成
した時に本発明は特に効果が大きい。また、通常時は対
地浮遊容量６が小さくても、雨などで対地浮遊容量６が
大きくなる太陽電池モジュールを用いた太陽電池アレイ
を用いた場合にも本発明の効果が得られる。また、上記
金属補強板、金属板等が接地されている場合には、安定
した対地浮遊容量が存在しているので、不要な遮断が生
じ易くなり、本発明の効果が顕著に発揮されることにな
る。
【００１４】低圧配電系統２は、１線が接地された低圧
配電系統であればよく、電圧、周波数、配線方式に制限
はないが、本実施例では単相３線式１００Ｖ／２００
Ｖ、６０Ｈｚにより構成した。
【００１５】系統連系パワーコンディショナ２は、コン
バータ部１１、インバータ部１２、交流地絡検出手段１
３、開閉手段１４および制御手段１５により構成され
る。
【００１６】コンバータ部１１は、通常運転時、太陽電
池アレイ１からの直流電力をインバータ部１２に必要な
電圧（低圧配電系統４の電圧のピーク値より高い値）ま
で昇圧する。インバータ部１２は、コンバータ部１１か
らの直流電力を交流電力に変換して出力する。コンバー
タ部１１とインバータ部１２は、自己消弧形半導体素子
とフリーホイーリングダイオードを逆並列接続したスイ
ッチング手段により構成され、各々のスイッチングに応
じて、昇圧比、電力潮流、周波数などを調整することが
できる。これらコンバータ部１１およびインバータ部１
２は、トランスを有しておらず、入出力間は非絶縁であ
る。つまり、系統連系パワーコンディショナ２はトラン
スレス方式である。また、このインバータ部１２は、全
てのスイッチング手段をオフ状態にした時に入出力間が
高インピーダンスになる回路であり、例えば、図８
（ａ）のフルブリッジ回路や図８（ｂ）のハーフブリッ
ジ回路などからなることが好適である。特にフルブリッ
ジ回路は追加のスイッチング手段は不要なので非常に好
適である。また、ハーブブリッジ回路では、コンデンサ
の直列接続した中間点に接続された相にだけにスイッチ
ング手段を追加すればよい。なお、漏れ電流が実質的に
無視できるレベルの高インピーダンスであれば、入出力
間に抵抗やコンデンサなどが接続してあってもよい。
【００１７】交流地絡検出手段１３は、交流の地絡が検
知できるものであればよく、零相電流を検出するもの、
対地電圧の変動を検出するものなどがある。また、零相
電流を検出するものに、さらに零相電流と零相電圧の位
相差を検出し、前記位相差をも考慮して検知すると、さ
らに好ましい。また、交流地絡検出手段１３が受電用漏
電遮断器３と同方式であれば、方式の違いを考慮しなく
てよいので、設計が容易になるメリットがある。交流地
絡検出手段１３の位置は図中の場所に限定されるもので
なく、採用する検出方式が機能する位置であればよい。
【００１８】開閉手段１４としては、機械式接点を有す
る電磁接触器、リレーなどが好適に用いられる。なお、
一般に機械式接点が作動するに要する時間は、半導体の
スイッチ動作よりも遅い。
【００１９】制御手段１５は、コンバータ部１１、イン
バータ部１２、交流地絡検出手段１３および開閉手段１
４に接続される。制御手段１５は、系統連系パワーコン
ディショナ２の全体の動作を制御するもので、各種の保
護機能、スイッチング制御、ＭＰＰＴ制御、起動／停止
制御などを行う。また、制御手段１５は、コンバータ部
１１とインバータ部１２のスイッチングを制御し、交流
地絡検出手段１３からの地絡検出信号を受け、開閉手段
１４の開閉を制御する。制御手段１５は、ＣＰＵ、ＤＳ
Ｐ、メモリ、Ｉ／Ｏなどのデジタル回路やアナログ回路
により構成可能である。近年、ＣＰＵやＤＳＰは高性能
化、低価格化しており、それらを用いると各種の制御を
ソフトウェアにより実現でき、小型化、低価格化、設計
自由度の向上などのメリットがある。
【００２０】この他、一般に系統連系パワーコンディシ
ョナを構成するには、図示されていない電圧検出手段、
電流検出手段、ゲート駆動回路などが必要になるが、こ
れらとしては一般的なものを用いることができるので説
明を省略する。
【００２１】受電用漏電遮断器３は、通常、零相電流を
検出して地絡を検知するものが用いられる。一般に、漏
電に対する感度電流（と不動作電流）と検出時間が設定
されている。受電用漏電遮断器３の構成は需要家内の負
荷および太陽光発電システムに応じて適宜選択する。
【００２２】低圧配電系統４は、１線が接地している低
圧系統であればよく、例えば、単相３線式、三相３線式
のものが挙げられる。また、単相３線式を変則Ｖ結線に
より構成する場合にも本発明は適用可能である。
【００２３】本発明の交流地絡検出手段１３は、受電用
漏電遮断器３よりも短時間に地絡を検知するよう、検出
条件を設定する必要がある。検出条件として、例えば、
検出レベルや検出時間が挙げられる。検出レベルとして
は受電用漏電遮断器３と同程度かそれ以上の高感度の値
とし、検出時間としては受電用漏電遮断器３の検出時間
よりも短い値に設定する。
【００２４】このようなシステムにおいて、需要家のシ
ステムの外部（受電用漏電遮断器３よりも低圧配電系統
４側）で地絡事故が発生すると、地絡箇所（低圧配電系
統４の接地点）を通じて事故電流が流れる。低圧配電系
統４は接地抵抗をもっているので、事故電流による電圧
降下が発生する。これにより、低圧配電系統４に対地電
圧変動が発生する。
【００２５】系統連系パワーコンディショナの運転時、
系統連系パワーコンディショナが非絶縁形であることか
ら、低圧配電系統４の対地電圧変動が太陽電池アレイ１
に伝わり、対地浮遊容量６を通じて地絡電流が発生す
る。これによりシステム内に地絡電流が侵入する。
【００２６】このような侵入地絡電流を交流地絡検出手
段１３で検知し、即時にインバータ部１２をゲートブロ
ックし、開閉手段１４を解列させるとともに、少なくと
も開閉手段１４の解列が完了するまでの間、インバータ
部１２の入力電圧を低圧配電系統４の電圧のピーク値よ
りも高い値に保持する。インバータ部１２をゲートブロ
ックすることによりインバータ部１２内のスイッチング
手段はオフ状態になり、インバータ部１２の入力と出力
の間の回路を非導通にし、侵入地絡電流を短時間に遮断
する。また、開閉手段１４を解列させることによって
も、侵入地絡電流を遮断する。しかし、開閉手段１４は
機械的接点のためゲートブロックに比べると動作時間が
多少かかる。開閉手段１４の解列が完了するまでの間
に、インバータ部１２の入力電圧が低圧配電系統４の電
圧のピーク値より低下するとインバータ部１２内のスイ
ッチング手段のフリーホイーリングダイオードがオン状
態になるので、地絡電流が侵入する。本発明では、少な
くとも開閉手段１４の解列が完了するまでの間、インバ
ータ部１２の入力電圧を低圧配電系統４の電圧のピーク
値よりも高い値に保持することにより、侵入地絡電流を
確実に遮断する。これにより、受電用漏電遮断器３の検
出時間よりも短時間に、かつ確実に、侵入地絡電流を遮
断することで、受電用漏電遮断器３の不要動作を防止す
る。
【００２７】インバータ部１２の入力電圧を低圧配電系
統４の電圧のピーク値よりも高い値に保持する方法とし
ては、例えば、インバータ部１２をゲートブロックした
後もコンバータ部１１の昇圧動作を行うことや、インバ
ータ部１２の入力端に十分な静電容量をもつコンデンサ
を接続することが挙げられる。
【００２８】地絡事故が他の需要家内で発生した場合、
通常、他の需要家の受電用漏電遮断器が動作し地絡箇所
は切り離され、低圧配電系統４は正常状態に戻るので、
系統連系パワーコンディショナ２は運転停止より所定時
間後に運転を再開すればよい。
【００２９】他の需要家の受電用漏電遮断器の検出感度
がゆるい場合や地絡箇所が需要家外などの場合には地絡
箇所を系統から切り離すことができないことがある。こ
の場合でも、系統連系パワーコンディショナ２の運転を
再開した時に地絡を再検知することで、受電用漏電遮断
器３の不要動作を防止できる。
【００３０】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明についてさらに
詳細に説明する。
【００３１】（実施例１）まず、本発明にかかる系統連
系パワーコンディショナの一例について、図面を参照し
て詳細に説明する。
【００３２】図３は本発明の系統連系パワーコンディシ
ョナの構成例を示す回路ブロック図である。
【００３３】２１は入力ノイズフィルタで、太陽電池ア
レイへのノイズの流出を防止する。
【００３４】２２は平滑用コンデンサ、２３は昇圧用リ
アクトル、２４は昇圧チョッパ用の自己消弧形の半導体
素子とフリーホイーリングダイオードを逆並列に接続し
たスイッチング手段、２５は逆流防止ダイオードであ
り、２３から２５により昇圧チョッパ（昇圧回路）が構
成され、２２から２５によりコンバータ部が構成され
る。昇圧電圧は、低圧配電系統の電圧２００Ｖのピーク
値２８２Ｖより高い３２０Ｖ一定となるよう制御され
る。なお、１００Ｖに連系する場合であれば、昇圧電圧
は、そのピーク値１４１Ｖより高い電圧、例えば１６０
Ｖ一定となるように制御すればよい。また、昇圧電圧が
系統電圧のピーク値よりも高い電圧で、出力を安定に制
御できるのであればよく、昇圧電圧が一定でなくてもよ
い。
【００３５】２６は昇圧電圧検出手段であり、昇圧され
た電圧を検出し、昇圧電圧信号を出力する。
【００３６】２７は平滑用コンデンサであり、昇圧回路
の出力と後述のインバータ回路の入力の電圧を平滑化す
る。
【００３７】２８から３１は自己消弧形の半導体素子と
フリーホイーリングダイオードを逆並列に接続したスイ
ッチング手段であり、フルブリッジ回路に接続される。
フルブリッジ回路の出力には連系リアクトル３２と３３
に接続される。２８から３３によりインバータ回路が構
成される。また、２７から３３によりインバータ部が構
成される。
【００３８】３４は出力電流検出手段であり、インバー
タ回路の出力電流を検出して、出力電流検出信号を出力
する。この出力電流検出信号に基づいて出力制御が行わ
れる。
【００３９】３５は零相電流検出手段であり、インバー
タ回路の出力線を一括して電流検出を行い、零相電流検
出値を出力する。
【００４０】４１は地絡判定手段である。地絡判定手段
４１には、後述の制御回路４０から出力される判定条件
信号が入力され、地絡判定条件が設定される。零相電流
検出手段３５からの零相電流検出値を入力し、地絡判定
条件により地絡判定を行い、地絡検出信号を出力する。
本実施例では、地絡判定手段４１は、零相電流検出値の
大きさを比較するレベル比較部と、所定時間の計時が可
能なタイマ手段により構成される。これらは、アナログ
またはデジタルの周知の方法で構成できるが、デジタル
なら後述の制御回路とハードウェアを共通化することも
できる。
【００４１】３６はリレー（開閉手段）であり、系統と
の接続を機械的に開閉する。
【００４２】３７および３８は各相の電圧を検出する交
流電圧検出手段であり、それぞれ交流電圧検出信号を出
力する。
【００４３】３９は出力ノイズフィルタで、系統へのノ
イズの流出を防止する。
【００４４】４０は制御回路であり、前述の昇圧電圧信
号、出力電流検出信号および交流電圧検出信号や、後述
の地絡検出信号が入力される。また、昇圧電圧信号に基
づき、低圧配電系統の電圧のピーク値２８２Ｖよりも高
く、出力が安定に制御できるように、昇圧電圧を３２０
Ｖ一定となるようにスイッチング手段２４のデューティ
を調整する。また、リレー３６の開閉を制御する。即
ち、制御回路４０は、本発明に係る動作も含むパワーコ
ンディショナ全体の制御を行う。また、所定時間の計時
が可能なタイマ手段を有する。この計時手段は地絡判定
手段のタイマ手段と共用するよう構成することが可能で
ある。
【００４５】４２は地絡検出レベル設定手段であり、外
部より地絡検出の条件を設定し、設定条件信号を出力す
る。地絡検出の条件として、本実施例では、検出感度と
検出時間の設定が可能であり、需要家で使用されている
受電用漏電遮断器の検出感度と検出時間をもとに、これ
よりも短時間に検知できるように設定する。
【００４６】図５は本実施例で使用した漏電遮断器の検
出特性と地絡検出レベル設定手段４２の検出条件を示す
グラフであり、横軸は漏れ電流、縦軸は時間である。本
実施例で使用した漏電遮断器は、定格動作電流３０ｍ
Ａ、定格不動作電流１５ｍＡ、定格動作時間１００ｍｓ
という特性を有する。漏電遮断器に電流を流して実際に
動作する条件を測定したところ、実測動作電流２８ｍ
Ａ、実測動作時間５０ｍｓであった。一般的な漏電遮断
器では定格不動作電流が決めてあるので、これと同程度
に検出感度を設けると漏電遮断器よりも確実に高感度で
検出できるので、本実施例では検出感度を１５ｍＡに設
定した。あるいは、定格不動作電流よりも大きい漏電遮
断器の動作感度の実力値に近い値を設定してもよい。な
お、検出感度をあまり高感度に設定すると、正常運転時
に発生する漏れ電流を感知するおそれがあるので、漏れ
電流に対してマージンをもって設定すべきである。検出
時間は、漏電遮断器の動作時間の実力値よりも短く設定
する必要がある。本実施例では、実測動作時間が５０ｍ
ｓであったので、その２／３の時間の３３ｍｓに設定し
た。検出時間もあまり短くすると過渡的な現象を誤検出
する恐れがあるので、数十ｍｓ程度の時間が望ましい。
また、時延形の漏電遮断器を用いる場合でも、検出時間
は動作時間よりも短く設定すればよいが、検出時間を数
十〜百ｍｓ程度に設定すれば動作時間に対するマージン
が大きくなり、漏電遮断器の不要動作防止の信頼性が向
上する。
【００４７】前記地絡検出レベル設定手段４２は、検出
感度と検出時間の設定用にスイッチを設けて、各々スイ
ッチに割り当てられた条件を選択するように構成する。
なお、上述した構成以外にも他に種々の構成が可能であ
り、例えば、表示部に表示される設定パラメータを見な
がら増減させるスイッチを設けるなどの構成が可能であ
る。
【００４８】図３中、４３は不揮発記憶手段であり、情
報の書き込み／読み込みが可能であり、少なくとも地絡
が検出されたことを記録する。不揮発記憶手段４３とし
ては、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、電池や電気二
重層コンデンサなどのバックアップ電源とＳＲＡＭを組
合わせたものなどが挙げられる。ＣＰＵにフラッシュメ
モリやＥＥＰＲＯＭが内蔵されたものもあり、これを用
いれば記憶手段４３を小型化・簡素化できるメリットが
ある。
【００４９】４４は報知手段であり、少なくとも地絡が
検出されたことを報知する。報知手段４４の種類とし
て、ブザーやスピーカなどを用いて音により知らせる方
法や、ＬＥＤや液晶などを用いて光により知らせる方法
などがある。もちろん、音や光の有無だけでなく、音
声、文字、図記号などにより情報を表示してもよい。ま
た、通信手段を介して電力会社などの需要家外に情報を
伝達してもよい。
【００５０】図示していないが、各スイッチング手段を
駆動するための駆動回路や、制御回路４０などに電力を
供給する制御電源手段も必要である。
【００５１】また、制御回路４０はパワーコンディショ
ナの入力側と出力側から各種の信号を取り込んでいる
が、制御回路４０の中では入出力間が絶縁されている必
要がある。
【００５２】次に、図４を参照して本実施例のパワーコ
ンディショナの動作について説明する。
【００５３】図４は本実施例のパワーコンディショナの
動作を示すフローチャートである。
【００５４】初めに、ステップＳ１にて、制御回路４０
は地絡検出レベル設定手段４２より地絡検出の検出感度
と検出時間を読み込む。ステップＳ２にて、制御回路４
０に読み込んだ検出感度を地絡判定手段４１のレベル比
較部の基準値とし、検出時間を地絡判定手段４１のタイ
マ部の基準値に設定する。
【００５５】次にステップＳ３では、地絡判定手段４１
のタイマ部を初期化する。
【００５６】ステップＳ４では、地絡判定手段４１のレ
ベル比較部で零相電流検出値と検出感度を比較する。零
相電流検出値が検出感度未満の場合は、地絡状態はない
と判断して、ステップＳ３に戻る。つまり、零相電流検
出値が検出感度未満の間は、ステップＳ３とステップＳ
４を繰り返す。零相電流検出値が検出感度以上なら、地
絡の可能性があると判断して、ステップＳ５に進む。
【００５７】ステップＳ５では、タイマが検出時間未満
であれば、ステップＳ４に戻る。つまり、零相電流検出
値が検出感度以上でタイマが検出時間未満の間はステッ
プＳ４とステップＳ５を繰り返す。タイマが検出時間以
上なら、地絡であると判断して、ステップＳ６に進む。
【００５８】ステップＳ６では、インバータ回路をゲー
トブロックし、リレー３６を解列させて、交流出力を停
止させる。なお、昇圧回路はインバータ回路の入力電圧
が所定電圧となるようスイッチング動作をする。次に、
ステップＳ７に進む。
【００５９】ステップＳ７では、制御回路４０のタイマ
手段を初期化して、ステップＳ８に進む。
【００６０】ステップＳ８では、リレー３６が確実に解
列した状態になる解列完了時間以上の時間が経過したか
を判断する。解列完了時間が経過していないならステッ
プＳ８を繰り返す。解列完了時間が経過したなら、次の
ステップＳ８に進む。
【００６１】ステップＳ９では、昇圧回路をゲートブロ
ックする。これにより運転停止の動作が完了する。
【００６２】次にステップＳ１０では、交流地絡を検出
したことを不揮発記憶手段４３に記録して、ステップＳ
１１に進む。この時、検出した時の日時、発電量、零相
電流検出値なども記録するようにしておくと、後で調査
する際の参考になるメリットがある。
【００６３】ステップＳ１１では、交流地絡が連続して
発生したかを判定する。連続でないならステップＳ３に
戻り、連続ならステップＳ１２に進む。なお、連続か否
かを判定する方法は種々あるが、例えば次の方法があ
る。
【００６４】交流地絡検出用のフラグを用意し、通常フ
ラグはリセット状態とする。交流地絡が検出されたらフ
ラグをセットし、交流地絡が検出からある時間でフラグ
をリセットする。フラグがセットした状態で交流地絡が
検出されると、連続と判断する。また、他の方法とし
て、交流地絡の検出回数をカウントする方法もある。あ
るいは、不揮発記憶手段４３に記録された日時データを
用いて判定する方法もある。このように交流地絡が複数
回数検出されたことを所定の方法で処理することで、交
流地絡が継続的に発生したことが分かる。
【００６５】ステップＳ１２では、報知手段４４を作動
させ、需要家に交流地絡が発生したことを報知する。そ
して、ステップＳ３に戻り、以上の動作を繰り返す。
【００６６】なお、報知手段４４の報知作動後の動作に
ついては図示していないが、再び運転を開始し、ある時
間経過したなら、交流地絡状態は解消されたと判断し
て、報知の動作を停止する。他に様々な動作も可能であ
るが、例えば、手動による回復操作を行うように構成
し、それまでの間は報知を継続し、運転を行わないよう
にしてもよい。
【００６７】以上の動作により、侵入地絡電流を短時間
かつ確実に遮断して、受電用漏電遮断器の不要動作を防
止する。
【００６８】上記のように、交流地絡を短時間に検知
し、インバータ回路をゲートブロックしリレーを解列す
るとともに、インバータ回路の入力電圧を系統電圧のピ
ーク値より大きい値に保持するよう昇圧回路を動作さ
せ、リレーの解列動作が確実になされてから昇圧回路を
ゲートブロックすることにより、太陽電池アレイの対地
静電容量を通じて発生する侵入地絡電流を短時間かつ確
実に遮断することで、受電用漏電遮断器の不要動作を防
止できる。また、別途各相にＳＳＲなどの半導体スイッ
チ追加する必要がないので、低損失で安価に構成でき
る。
【００６９】また、外部から地絡検出条件を設定できる
ことから、需要家に設置されてある受電用漏電遮断器の
特性にあわせて調整でき、確実な地絡検出が可能にな
り、不要動作の防止の効果が高くなる。
【００７０】また、交流地絡を検出したことを不揮発記
憶手段に記録することにより、後で調査が行いやすいと
いうメリットがある。また、日時、零相電流検出値、発
電量などが一緒に記録されると特によい。
【００７１】また、交流地絡を検出したことを需要家に
知らせることで、外部での地絡事故が発生したことを検
知でき、外部での地絡事故を解消するようにすること
や、停電による被害を最小化するなどの対応ができる。
【００７２】また、複数回の交流地絡により交流地絡が
継続的に発生したことにより確実な交流地絡の検知が可
能になり、これに応じて制御することで、より適切な動
作を実効できる。時に、継続的交流地絡により報知する
ことで、需要家はより確実な対応が可能となる。
【００７３】（実施例２）次に本発明の他の実施例につ
いて説明する。
【００７４】本実施例の構成は実施例１とほぼ同じだ
が、以下の点が異なる。
【００７５】地絡検出レベル設定手段４２は、検出時間
を設定する点は同じであるが、検出感度は設定しない。
代わりに、検出感度設定モード指令用スイッチを設け
て、検出感度設定モード指令を制御回路４０に与えるこ
とができる。
【００７６】制御回路４０は、地絡検出レベル設定手段
４２からの検出感度設定モード指令を受けて、以下の太
陽電池アレイに応じた検出感度を設定する機能を有す
る。この検出感度設定機能のために本実施例では計時機
能、検出感度設定機能が働く時間を設定する設定モード
時間を有している。検出感度設定モード指令がない場合
は実施例１と同様の動作を行う。以下、検出感度設定機
能について、図６に示すフローチャートを用いて説明す
る。
【００７７】最初にステップＳ２１で、検出感度設定モ
ード指令があれば次のステップＳ２２に進むが、検出感
度設定モード指令が無ければステップＳ２１を繰り返
す。
【００７８】ステップＳ２２では、検出感度設定モード
になってからの時間を計時するためのタイマを初期化す
る。
【００７９】ステップＳ２３では、零相電流検出手段か
らの零相電流検出値を現在の検出値として取り込む。
【００８０】次のステップＳ２４では、前記検出値を過
去の検出値の最大データである検出最大値と比較し、前
記検出値のほうが大きい場合はステップＳ２５に進み、
そうでない場合はステップＳ２６に進む。
【００８１】ステップＳ２５では、前記検出値を最大検
出値として、最大検出値を更新する。
【００８２】ステップＳ２６では、検出感度設定モード
であるか否かを確認し、検出感度設定モードの場合はス
テップＳ２７に進み、そうでないならステップＳ２８に
進む。
【００８３】ステップＳ２７では、タイマにより設定モ
ード時間内か否かを確認し、タイマが設定モード時間内
であればステップＳ２３に戻り、前述の動作を繰り返
す。本実施例では設定モード時間を経過した場合はステ
ップＳ２８に進む。
【００８４】ステップＳ２８では、上記の動作で得られ
た検出最大値をもとに検出感度を設定する。本実施例で
は、検出最大値の４倍の値を検出感度として設定する。
設定後、ステップＳ２１に戻る。
【００８５】以上の動作により、正常時の漏れ電流の最
大値を検出することで、太陽電池アレイに応じた検出感
度が設定できる。
【００８６】４ｋＷの太陽電池アレイにトランスレス方
式のパワーコンディショナを接続して、晴天時に検出感
度設定機能を動作させると、検出最大値は３．１ｍＡで
あった。これより、検出感度は１２．４ｍＡに設定され
た。この検出感度であれば、確実に一般の受電用漏電遮
断器の動作感度の実力値に対して十分マージンがあり、
受電用漏電遮断器の不要動作を防止できる。また、検出
感度は検出最大値の４倍に設定したので、正常時に流れ
る漏れ電流に対しても十分マージンを有しており、パワ
ーコンディショナの誤停止を抑制できる。
【００８７】このように、正常時の漏れ電流を測定し
て、その最大値をもとに検出感度を設定することによ
り、太陽電池アレイに応じた検出感度が設定できること
から、受電用漏電遮断器の不要動作を防止するととも
に、パワーコンディショナの誤停止を抑制できる。
【００８８】また、本実施例では、晴天時に動作させて
検出感度を検出最大値の４倍の倍率で設定したが、これ
に限るものでなく適宜設定可能である。あるいは、設定
方法を複数設けて、選択するように構成してもよい。ま
た、太陽電池モジュールの種類によっては雨天時の対地
静電容量が増大する影響のほうが大きい場合もあり、こ
の場合には雨天時に動作させるか、倍率の設定を大きく
することが望ましい。
【００８９】また、一般に正常時の漏れ電流はパワーコ
ンディショナの出力に比例することから、検出最大値が
得られた時のパワーコンディショナの出力とパワーコン
ディショナの装置としての最大出力から比例計算で、パ
ワーコンディショナの最大出力時に換算した検出最大値
を求め、これから検出感度を設定すれば、出力の大きさ
の影響を抑制できる。
【００９０】また、検出感度設定機能を手動操作により
動作させるだけでなく、通常の運転動作時に常に動作さ
せてもよい。そうすることで、多種多様の状況をもとで
の漏れ電流の最大検出値が得られ、検出感度をより適切
に設定できる。この場合は、外部での地絡事故による漏
れ電流と正常時の漏れ電流を区別することが重要であ
り、例えば、検出値が急激に大きくなった場合にはパワ
ーコンディショナの出力を減少させて、出力減少に応じ
て検出値が低下するか否かを調べるとよい。
【００９１】また、本実施例の検出感度設定機能と実施
例１の手動による検出感度の設定を併用してもよい。例
えば、両者の検出感度の小さいほうを実際の検出感度し
たり、検出感度設定機能による検出感度の値が手動によ
る検出感度の値を上回る場合には報知して確認を促すよ
うにしてもよい。これにより、受電用漏電遮断器の不要
動作防止の確実性が向上するとともに、パワーコンディ
ショナの誤停止をよりよく抑制できる。
【００９２】（実施例３）次に本発明のさらに他の実施
例について説明する。
【００９３】本実施例の構成は実施例２とほぼ同じだ
が、地絡検出レベル設定手段４２の検出感度設定機能が
異なる。
【００９４】本実施例では、パワーコンディショナの運
転時に、零相電流検出手段からの零相電流検出値を取り
込むとともに、パワーコンディショナの出力電力も同時
に取り込む。出力電力毎に零相電流検出値の最大値を検
出最大値として保持する。そして、出力電力に応じた検
出感度を出力電力毎の検出最大値から算出して設定す
る。
【００９５】図７は４．５ｋＷの太陽電池アレイに最大
出力４．５ｋＷのパワーコンディショナを接続して本発
明を適用した場合の最大検出値と検出感度を示したグラ
フであり、横軸は出力電力、縦軸は漏れ電流である。Ａ
は最大検出値、Ｂは検出感度である。最大検出値Ａは出
力電力に比例し、出力電力４．５ｋＷの時に最大検出値
は４．２ｍＡであった。検出感度Ｂは、最大検出値Ａを
２倍して（図中の点線）、さらに５ｍＡを加算して求め
た。２倍にすることで全体のマージンを設けるととも
に、５ｍＡを加算することで低出力時のマージンをさら
に確保した。
【００９６】このように出力電力に応じた検出感度を用
いることで、受電用漏電遮断器の不要動作防止とパワー
コンディショナの誤停止防止を両立でき、特に、パワー
コンディショナが低出力時にその効果が大きい。
【００９７】なお、本実施例の検出感度の演算方法は上
記方法に限るものでなく、適宜設定可能であり、複数設
けていてもよい。
【００９８】また、検出感度設定機能を手動操作により
動作させるようにしてもよい。そうすることで、状況を
確認しながら設定できるので、外部での地絡事故の影響
か否かを判断できるメリットがある。
【００９９】また、本実施例の検出感度設定機能と実施
例１の手動による検出感度の設定を併用してもよい。例
えば、両者の検出感度の小さいほうを実際の検出感度し
たり、検出感度設定機能による検出感度の値が手動によ
る検出感度の値を上回る場合には報知して確認を促すよ
うにしてもよい。これにより、受電用漏電遮断器の不要
動作防止の確実性が向上するとともに、パワーコンディ
ショナの誤停止をよりよく抑制できる。
【０１００】また、実施例２や実施例３では、設定され
た検出感度を表示する検出感度確認手段を設けるよう構
成してもよい。この場合、施工者により受電用漏電遮断
器の検出感度が適切か否かを確認できる効果がある。な
お、検出感度確認手段を報知手段と共通に使用するよう
構成してもよく、安価にできるメリットがある。
【０１０１】また、上記実施例では、単相３線式の場合
について説明したが、三相配電系統の場合でも適用可能
であることはいうまでもない。また、単相低圧配電系統
と三相配電系統が共用接地された低圧配電系統にも適用
可能である。
【０１０２】また、地絡検出手段として、零相電流の検
出だけでなく、零相電流と対地電圧の位相差を用いて、
併せて地絡判定を行うことで、パワーコンディショナの
入力側回路での事故か否かを判定でき、誤検出を抑制で
きる。
【０１０３】また、地絡検出手段として、対地電位の変
動を検出して地絡判定を行うことで、パワーコンディシ
ョナの停止時も地絡検出が可能であり、地絡状態が確実
に解消されてから再運転動作を行うことができる。
【０１０４】また、一旦地絡を検出したら、再起動する
際には、開閉手段を投入後に出力零状態で受電用漏電遮
断器の検出時間より長い所定時間保持することで過渡的
な漏れ電流の影響による不要動作を防止し、その後徐々
に出力を上げていくことにより漏れ電流の小さい状態で
地絡を検出でき、受電用漏電遮断器の不要動作を確実に
防止できる。
【０１０５】
【発明の効果】本発明の系統連系パワーコンディショナ
では、外部での地絡の発生を受電用漏電遮断器よりも短
時間に検知し、即時にゲートブロックし開閉手段を解列
するとともに、インバータ部の入力電圧を系統電圧のピ
ーク値より高く保持することで、侵入地絡電流を瞬時か
つ確実に遮断して、受電用漏電遮断器の不要動作を防止
する。これにより、外部地絡による需要家の停電が避け
られる。また、別途各相にＳＳＲなどの半導体スイッチ
追加する必要がないので、低損失で安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態である系統連系太陽
光発電システムの構成例を示す摸式図である。
【図２】従来の系統連系太陽光発電システムの構成例を
示す摸式図である。
【図３】実施例１のパワーコンディショナの構成を示す
摸式図である。
【図４】実施例１のパワーコンディショナの検出動作を
示すフローチャートである。
【図５】実施例１のパワーコンディショナの検出条件を
示すグラフである。
【図６】実施例２のパワーコンディショナの検出感度設
定に関するフローチャートである。
【図７】実施例２のパワーコンディショナの検出条件を
示すグラフである。
【図８】本発明のパワーコンディショナのインバータ部
の構成例である。
【符号の説明】
１ 太陽電池アレイ（直流電源） ２ 系統連系パワーコンディショナ ３ 受電用漏電遮断器 ４ 低圧配電系統 ５ 負荷 １１ コンバータ部 １２ インバータ部 １３ 交流地絡検出手段 １４ 開閉手段 １５ 制御手段 ２１ 入力ノイズフィルタ ２２ 平滑用コンデンサ ２３ 昇圧用リアクトル ２４ スイッチング手段 ２５ 逆流防止ダイオード ２６ 昇圧電圧検出手段 ２７ 平滑用コンデンサ ２８〜３１ スイッチング手段 ３２、３３ 連系リアクトル ３４ 出力電流検出手段 ３５ 零相電流検出手段 ３６ リレー ３７、３８ 交流電圧検出手段 ３９ 出力ノイズフィルタ ４０ 制御回路 ４１ 地絡判定手段 ４２ 地絡検出レベル設定手段 ４３ 不揮発記憶手段 ４４ 報知手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真鍋 直規 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 5G066 HA13 HB06 5H420 CC03 DD03 EA10 EA45 EA47 EA49 EB26 EB39 FF03 FF04 FF25 FF28 LL04

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対地静電容量を有する直流電源の出力が
    入力され、１線が接地された低圧配電系統に受電用漏電
    遮断器を介して連系する非絶縁型の系統連系パワーコン
    ディショナにおいて、直流電源の出力が入力されそれを
    電圧変換して出力するコンバータ部と、コンバータ部の
    出力が入力されそれを交流電力に変換して出力するイン
    バータ部と、インバータ部の出力側に接続され低圧配電
    系統との接続を開閉する機械式接点を有する開閉手段
    と、前記受電用漏電遮断器より短い検出時間で交流地絡
    を検出する交流地絡検出手段を具備し、前記インバータ
    部は自己消弧形半導体素子とフリーホイーリングダイオ
    ードが逆並列接続されたスイッチング手段を複数有し、
    前記インバータ部の入力と出力の各線の間には少なくと
    も１つのスイッチング手段が配置され、前記交流地絡検
    出手段により地絡が検出されたら、即時に前記インバー
    タ部をゲートブロックし、前記開閉手段を解列するとと
    もに、少なくとも前記開閉手段の解列が完了するまでの
    間は前記インバータ部の入力電圧を前記低圧配電系統の
    電圧のピーク値より高い所定電圧に保持する停止動作を
    行うことを特徴とする系統連系パワーコンディショナ。
  2. 【請求項２】 前記交流地絡検出手段の検知による前記
    開閉手段の解列から所定時間経過後に運転可能にすると
    ともに、前記の交流地絡の検出を複数回行うことにより
    継続的交流地絡を検知することを特徴とする請求項１記
    載の系統連系パワーコンディショナ。
  3. 【請求項３】 前記交流地絡検出手段の検知による前記
    開閉手段の解列から第一所定時間経過後、前記インバー
    タ部の入力電圧を前記低圧配電系統の電圧のピーク値よ
    り高い所定電圧に保持した状態で前記開閉手段を閉じ、
    第二所定時間後に略零の低出力から出力を開始し、徐々
    に出力を上げることを特徴とする請求項１〜２のいずれ
    かに記載の系統連系パワーコンディショナ。
  4. 【請求項４】 前記交流地絡検出手段は、外部設定可能
    な地絡検出条件を有し、前記地絡検出条件に基づいて地
    絡の発生を判定することを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれかに記載の系統連系パワーコンディショナ。
  5. 【請求項５】 前記交流地絡検出手段は、パワーコンデ
    ィショナの出力に応じた地絡判定値を有し、前記地絡判
    定値に基づいて地絡の発生を判定することを特徴とする
    請求項１〜４のいずれかに記載の系統連系パワーコンデ
    ィショナ。
  6. 【請求項６】 前記交流地絡検出手段は、運転時の地絡
    検出値をもとに地絡判定値を設定し、検出値が地絡判定
    値より大きい場合に地絡と判定することを特徴とする請
    求項１〜５のいずれかに記載の系統連系パワーコンディ
    ショナ。
  7. 【請求項７】 前記地絡判定値を表示する判定値表示手
    段を有することを特徴とする請求項６記載の系統連系パ
    ワーコンディショナ。
  8. 【請求項８】 前記の地絡検出を記録する不揮発記憶手
    段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに
    記載の系統連系パワーコンディショナ。
  9. 【請求項９】 前記の地絡検出を報知する報知手段を有
    することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の
    系統連系パワーコンディショナ。
  10. 【請求項１０】 前記交流地絡検出手段は、前記受電用
    漏電遮断器と同じ検出方式であることを特徴とする請求
    項１〜９のいずれかに記載の系統連系パワーコンディシ
    ョナ。
  11. 【請求項１１】 前記交流地絡検出手段は、地絡電流を
    検出して、前記地絡電流の検出値により地絡を判定する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の系
    統連系パワーコンディショナ。
  12. 【請求項１２】 前記交流地絡検出手段は、さらに地絡
    電流と対地電圧の位相差を検出し、前記位相差と前記地
    絡電流の検出値に基づいて地絡を判定することを特徴と
    する請求項１１記載の系統連系パワーコンディショナ。
  13. 【請求項１３】 前記交流地絡検出手段は、対地電位の
    変動を検出し、前記対地電位変動の検出値により地絡を
    判定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに
    記載の系統連系パワーコンディショナ。
  14. 【請求項１４】 前記インバータ部がフルブリッジ回路
    であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記
    載の系統連系パワーコンディショナ。
  15. 【請求項１５】 前記直流電源が太陽電池であることを
    特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の系統連系
    パワーコンディショナ。
  16. 【請求項１６】 請求項１〜１４のいずれかに記載のパ
    ワーコンディショナと該パワーコンディショナに接続さ
    れた直流電源とを有する発電システム。
  17. 【請求項１７】 前記直流電源が太陽電池からなること
    を特徴とする請求項１６記載の発電システム。
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