JP2002112448A - 系統連系装置およびその連系方法 - Google Patents
系統連系装置およびその連系方法Info
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽光発電システムの適用範囲の拡大に伴
い、単相100V系統への連系が望まれている。これに応え
るには、単相二線式100V出力の非絶縁型インバータの利
用が最も容易であるが、市場に最も多く出回っている単
相二線式200V出力のインバータを利用できれば好まし
い。 【解決手段】 入出力が非絶縁のインバータ8は、太陽
電池1から供給される電力を単相三線式200Vの交流電力
形態に変換する。トランス10は、単相三線式200Vのライ
ンと、一線が接地された単相二線式100Vの系統4とを接
続する。インバータ8に組み込まれた地絡検出センサ89
を機能させるために、単相三線式200Vの中点電位線と、
系統4の接地線とを接続する。
い、単相100V系統への連系が望まれている。これに応え
るには、単相二線式100V出力の非絶縁型インバータの利
用が最も容易であるが、市場に最も多く出回っている単
相二線式200V出力のインバータを利用できれば好まし
い。 【解決手段】 入出力が非絶縁のインバータ8は、太陽
電池1から供給される電力を単相三線式200Vの交流電力
形態に変換する。トランス10は、単相三線式200Vのライ
ンと、一線が接地された単相二線式100Vの系統4とを接
続する。インバータ8に組み込まれた地絡検出センサ89
を機能させるために、単相三線式200Vの中点電位線と、
系統4の接地線とを接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は系統連系装置および
その連系方法に関し、例えば、太陽電池などの発電電力
を電力系統へ連系する系統連系型の発電装置などに関す
る。
その連系方法に関し、例えば、太陽電池などの発電電力
を電力系統へ連系する系統連系型の発電装置などに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】住宅用の太陽光発電システムの普及が拡
大し、そのコストダウンが進んでいる。図1は典型的な
住宅用の太陽光発電システムの構成例を示す図である。
大し、そのコストダウンが進んでいる。図1は典型的な
住宅用の太陽光発電システムの構成例を示す図である。
【０００３】図1において、太陽電池1から出力される直
流電力は、入出力が非絶縁の系統連系インバータ（以
下、単に「インバータ」と呼ぶ）8によって交流電力に
変換され、中点電位線（以下「中性線」と呼ぶ）が柱上
変圧器のアース91によりB種接地された、単相三線式の2
00V系統（以下、単に「系統」と呼ぶ）9に接続される。
流電力は、入出力が非絶縁の系統連系インバータ（以
下、単に「インバータ」と呼ぶ）8によって交流電力に
変換され、中点電位線（以下「中性線」と呼ぶ）が柱上
変圧器のアース91によりB種接地された、単相三線式の2
00V系統（以下、単に「系統」と呼ぶ）9に接続される。
【０００４】系統連系型の太陽光発電システムに入出力
が非絶縁のインバータを用いると、太陽電池1と系統9と
が非絶縁になる。このため、太陽電池1の対地電位は固
定され、交流側の地絡と同様に、一点地絡で地絡電流が
流れる。そこで、インバータ8には、太陽電池1における
地絡を検出する目的で、電流検出型の地絡センサ89が備
えられる。
が非絶縁のインバータを用いると、太陽電池1と系統9と
が非絶縁になる。このため、太陽電池1の対地電位は固
定され、交流側の地絡と同様に、一点地絡で地絡電流が
流れる。そこで、インバータ8には、太陽電池1における
地絡を検出する目的で、電流検出型の地絡センサ89が備
えられる。
【０００５】また、インバータ8の電力回路は、コスト
ダウンのために、単相二線式200V出力として構成され
る。そのため、インバータ8と系統9との間において、中
性線は他の二線の電圧を検出する目的にのみ使用され、
中性線には電流は流れない。
ダウンのために、単相二線式200V出力として構成され
る。そのため、インバータ8と系統9との間において、中
性線は他の二線の電圧を検出する目的にのみ使用され、
中性線には電流は流れない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】昨今の太陽光発電シス
テムの適用範囲の拡大に伴い、単相100V系統への連系が
要望されている。この要望に応えるためには、単相二線
式100V出力の非絶縁型インバータを単相100V系統へ連系
する方法が最も容易である。しかし、単相二線式100V出
力の非絶縁型インバータを新規に開発すれば開発コスト
を必要とする。従って、現在市場に最も多く出回ってい
る単相二線式200V出力のインバータを利用できれば好ま
しい。
テムの適用範囲の拡大に伴い、単相100V系統への連系が
要望されている。この要望に応えるためには、単相二線
式100V出力の非絶縁型インバータを単相100V系統へ連系
する方法が最も容易である。しかし、単相二線式100V出
力の非絶縁型インバータを新規に開発すれば開発コスト
を必要とする。従って、現在市場に最も多く出回ってい
る単相二線式200V出力のインバータを利用できれば好ま
しい。
【０００７】単相二線式200V出力のインバータは、中性
線に電流を流さない構成になっているため、単相三線式
200V出力のうち片側（O相と、UまたはV相との二線）と
単相100V系統の二線を接続して連系することは不可能で
ある。
線に電流を流さない構成になっているため、単相三線式
200V出力のうち片側（O相と、UまたはV相との二線）と
単相100V系統の二線を接続して連系することは不可能で
ある。
【０００８】そこで、図2に示すように、絶縁トランス
（以下、単に「トランス」と呼ぶ）10を利用することが
考えられる。このような構成をとれば、単相二線式200V
出力のインバータ8と単相100V系統4との連系が可能にな
る。しかし、このような構成には次の問題がある。 (1) 地絡センサ89は、太陽電池1の対地電位が固定され
ていることが前提であり、図2の構成では、太陽電池1に
おける一点地絡を検出することができない。 (2) 一般に、トランス10は大きく、重く、かつ、高価で
ある。
（以下、単に「トランス」と呼ぶ）10を利用することが
考えられる。このような構成をとれば、単相二線式200V
出力のインバータ8と単相100V系統4との連系が可能にな
る。しかし、このような構成には次の問題がある。 (1) 地絡センサ89は、太陽電池1の対地電位が固定され
ていることが前提であり、図2の構成では、太陽電池1に
おける一点地絡を検出することができない。 (2) 一般に、トランス10は大きく、重く、かつ、高価で
ある。
【０００９】また、単相二線式100V出力のインバータを
使用すれば、直流回路の対地電位は固定される。しか
し、単相二線式100V出力のインバータは、そのインバー
タ回路の種類によっては、交流側で逆接続、つまり接地
側の電線Nと非接地側の電線Hの接続を間違えると対地容
量11を通して過大な漏れ電流が生じ、地絡センサ89の誤
動作や漏電ブレーカの遮断などが発生する。とくに、金
属屋根一体型の太陽電池の場合、対地容量11が大きく、
上記の逆接続の防止が必須である。
使用すれば、直流回路の対地電位は固定される。しか
し、単相二線式100V出力のインバータは、そのインバー
タ回路の種類によっては、交流側で逆接続、つまり接地
側の電線Nと非接地側の電線Hの接続を間違えると対地容
量11を通して過大な漏れ電流が生じ、地絡センサ89の誤
動作や漏電ブレーカの遮断などが発生する。とくに、金
属屋根一体型の太陽電池の場合、対地容量11が大きく、
上記の逆接続の防止が必須である。
【００１０】本発明は、上述の問題を個々にまたはまと
めて解決するためのものであり、市場に出回っているイ
ンバータを系統連系装置で利用可能にすることを目的と
する。
めて解決するためのものであり、市場に出回っているイ
ンバータを系統連系装置で利用可能にすることを目的と
する。
【００１１】また、インバータに組み込まれた地絡セン
サにより一点地絡を検出可能にすることを他の目的とす
る。
サにより一点地絡を検出可能にすることを他の目的とす
る。
【００１２】さらに、小型、軽量かつ低価格の系統連系
装置にすることを他の目的とする。
装置にすることを他の目的とする。
【００１３】
【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。
達成する一手段として、以下の構成を備える。
【００１４】本発明にかかる系統連系装置は、直流電源
から供給される電力を単相三線式200Vの交流電力形態に
変換する入出力が非絶縁のインバータと、前記インバー
タに組み込まれた地絡検出センサと、前記単相三線式20
0Vのラインと、一線が接地された単相二線式100Vの電力
系統とを接続する入出力が非絶縁のトランスとを有し、
前記単相三線式200Vの中点電位線と、前記電力系統の接
地線とが接続されたことを特徴とする。
から供給される電力を単相三線式200Vの交流電力形態に
変換する入出力が非絶縁のインバータと、前記インバー
タに組み込まれた地絡検出センサと、前記単相三線式20
0Vのラインと、一線が接地された単相二線式100Vの電力
系統とを接続する入出力が非絶縁のトランスとを有し、
前記単相三線式200Vの中点電位線と、前記電力系統の接
地線とが接続されたことを特徴とする。
【００１５】好ましくは、前記トランスは単巻トランス
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００１６】また、直流電源から供給される電力を単相
二線式100Vの交流電力形態に変換する入出力が非絶縁の
インバータと、前記インバータに組み込まれた地絡検出
センサと、前記単相二線式100Vのラインと、一線が接地
された単相二線式100V形態の電力系統との接続を開閉す
る開閉器と、前記単相二線式100Vのラインと、前記電力
系統との誤接続を検知して警報を発する警報器とを有す
ることを特徴とする。
二線式100Vの交流電力形態に変換する入出力が非絶縁の
インバータと、前記インバータに組み込まれた地絡検出
センサと、前記単相二線式100Vのラインと、一線が接地
された単相二線式100V形態の電力系統との接続を開閉す
る開閉器と、前記単相二線式100Vのラインと、前記電力
系統との誤接続を検知して警報を発する警報器とを有す
ることを特徴とする。
【００１７】本発明にかかる連系方法は、直流電源から
供給される電力を単相二線式100Vの交流電力形態に変換
する入出力が非絶縁のインバータ、前記インバータに組
み込まれた地絡検出センサ、前記単相二線式100Vのライ
ンと、一線が接地された単相二線式100V形態の電力系統
との接続を開閉する開閉器、並びに、前記単相二線式10
0Vのラインと、前記電力系統との誤接続を検知して警報
を発する警報器とを有する系統連系装置の連系方法であ
って、前記開閉器を開状態にし、前記インバータと前記
電力系統とを接続し、前記警報が発せられなければ前記
開閉器を閉状態にすることを特徴とする。
供給される電力を単相二線式100Vの交流電力形態に変換
する入出力が非絶縁のインバータ、前記インバータに組
み込まれた地絡検出センサ、前記単相二線式100Vのライ
ンと、一線が接地された単相二線式100V形態の電力系統
との接続を開閉する開閉器、並びに、前記単相二線式10
0Vのラインと、前記電力系統との誤接続を検知して警報
を発する警報器とを有する系統連系装置の連系方法であ
って、前記開閉器を開状態にし、前記インバータと前記
電力系統とを接続し、前記警報が発せられなければ前記
開閉器を閉状態にすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施形態
の系統連系型の発電システムを図面を参照して詳細に説
明する。
の系統連系型の発電システムを図面を参照して詳細に説
明する。
【００１９】以下では、系統連系型の太陽光発電システ
ムを説明するが、太陽電池の代わりに一次電池、二次電
池および燃料電池などの電池などの各種直流電源を使用
する発電システムにも本発明を適用することができる。
さらに、回転形の発電機などの各種交流電源の電力を整
流して得た直流電力を使用する、または、これらの組み
合わせであっても何ら問題はない。なお、これら直流電
源や交流電源が電圧源か電流源かは問わない。
ムを説明するが、太陽電池の代わりに一次電池、二次電
池および燃料電池などの電池などの各種直流電源を使用
する発電システムにも本発明を適用することができる。
さらに、回転形の発電機などの各種交流電源の電力を整
流して得た直流電力を使用する、または、これらの組み
合わせであっても何ら問題はない。なお、これら直流電
源や交流電源が電圧源か電流源かは問わない。
【００２０】また、太陽電池を使用する場合、その太陽
電池にはアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結
晶シリコン、単結晶シリコンまたはこれらの組み合わ
せ、あるいは、化合物半導体などの材料を用いることが
できる。通常は、複数の太陽電池モジュールを直並列に
組み合わせて、所望の電圧および電流が得られるように
太陽電池アレイを構成するが、本発明は太陽電池アレイ
の構成形態や太陽電池モジュールの使用数には依存しな
い。
電池にはアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結
晶シリコン、単結晶シリコンまたはこれらの組み合わ
せ、あるいは、化合物半導体などの材料を用いることが
できる。通常は、複数の太陽電池モジュールを直並列に
組み合わせて、所望の電圧および電流が得られるように
太陽電池アレイを構成するが、本発明は太陽電池アレイ
の構成形態や太陽電池モジュールの使用数には依存しな
い。
【００２１】
【第1実施形態】［構成］図3は第1実施形態の系統連系
型の発電装置の構成例を示すブロック図である。なお、
図1および図2に示した構成と略同様の構成には同一符号
を付し、その詳細説明を省略する。
型の発電装置の構成例を示すブロック図である。なお、
図1および図2に示した構成と略同様の構成には同一符号
を付し、その詳細説明を省略する。
【００２２】インバータ8は、電流検出型の地絡センサ8
9を有する入出力が非絶縁の電力変換装置で、太陽電池1
により発電された直流電力を交流電力に変換して、単相
200Vの交流電力を出力する。なお、インバータ8の出力
は、単相三線式に対応する三つの端子を有するが、O相
端子はインバータ8の内部回路には接続されていないの
で、インバータ8は実質的に単相二線式200Vのインバー
タである。
9を有する入出力が非絶縁の電力変換装置で、太陽電池1
により発電された直流電力を交流電力に変換して、単相
200Vの交流電力を出力する。なお、インバータ8の出力
は、単相三線式に対応する三つの端子を有するが、O相
端子はインバータ8の内部回路には接続されていないの
で、インバータ8は実質的に単相二線式200Vのインバー
タである。
【００２３】トランス10は、入出力が非絶縁のトランス
で、インバータ8側の単相三線式200Vの交流電力を単相
二線式100Vの交流電力に変換し、単相二線式100Vの系統
4へ接続する。系統4は、系統連系システムが連系される
単相二線式100Vの商用電力系統で、二線のうち一線が、
柱上変圧器のアース91によりB種接地されている。
で、インバータ8側の単相三線式200Vの交流電力を単相
二線式100Vの交流電力に変換し、単相二線式100Vの系統
4へ接続する。系統4は、系統連系システムが連系される
単相二線式100Vの商用電力系統で、二線のうち一線が、
柱上変圧器のアース91によりB種接地されている。
【００２４】インバータ8は、主として、＋および−入
力端子間に入力される直流電圧を昇圧するためのコンバ
ータ部27、コンバータ部27の出力を交流電力に変換し、
UおよびV相端子に出力するインバータ部28、地絡センサ
89、並びに、筐体を接地するためのFG端子で構成され
る。
力端子間に入力される直流電圧を昇圧するためのコンバ
ータ部27、コンバータ部27の出力を交流電力に変換し、
UおよびV相端子に出力するインバータ部28、地絡センサ
89、並びに、筐体を接地するためのFG端子で構成され
る。
【００２５】UおよびV相端子はトランス10の非接地端子
に接続される。また、O相端子は中性線を介してトラン
ス10の接地端子に接続される。
に接続される。また、O相端子は中性線を介してトラン
ス10の接地端子に接続される。
【００２６】コンバータ部27およびインバータ部28は、
パワートランジスタ、MOSFET、IGBT、GTOなど、あるい
は、これらの組み合わせを含む各種自己消弧形スイッチ
ング素子と、インダクタ、キャパシタおよびダイオード
などの素子とで構成される。
パワートランジスタ、MOSFET、IGBT、GTOなど、あるい
は、これらの組み合わせを含む各種自己消弧形スイッチ
ング素子と、インダクタ、キャパシタおよびダイオード
などの素子とで構成される。
【００２７】具体的には、コンバータ部27は、スイッチ
ング素子273、昇圧用のインダクタ271、逆流防止用のダ
イオード274、並びに、平滑用のキャパシタ272および27
5で構成される一般的なチョッパ回路である。
ング素子273、昇圧用のインダクタ271、逆流防止用のダ
イオード274、並びに、平滑用のキャパシタ272および27
5で構成される一般的なチョッパ回路である。
【００２８】また、インバータ部28は、四つのスイッチ
ング素子281〜284から構成されるフルブリッジ回路、並
びに、インダクタ285および286で構成される。これらの
スイッチング素子を適宜スイッチすることにより、フル
ブリッジ回路は、矩形波状の交流電圧波形を生成し出力
する。インダクタ285および286は、インバータ8の連系
リアクトルで、インバータ8から出力される交流電流の
波形を正弦波状に整形する。
ング素子281〜284から構成されるフルブリッジ回路、並
びに、インダクタ285および286で構成される。これらの
スイッチング素子を適宜スイッチすることにより、フル
ブリッジ回路は、矩形波状の交流電圧波形を生成し出力
する。インダクタ285および286は、インバータ8の連系
リアクトルで、インバータ8から出力される交流電流の
波形を正弦波状に整形する。
【００２９】地絡センサ89は、インバータ8の非接地線
（UおよびV相端子）に流れる電流の和（非地絡時はほぼ
零）を検出することで、太陽電池1における地絡を検出
する。
（UおよびV相端子）に流れる電流の和（非地絡時はほぼ
零）を検出することで、太陽電池1における地絡を検出
する。
【００３０】トランス10は、一次（200V側）-二次（100
V側）間が非絶縁のトランスで、二次側の接地側電線Nが
接続される端子と、一次側の中性線が接続される端子
（センタタップ）とを短絡接続（以下「非絶縁化結線」
と呼ぶ）12することで、一次-二次間が非絶縁化されて
いる。また、トランス10の一次対二次の巻線比は2:1で
ある。
V側）間が非絶縁のトランスで、二次側の接地側電線Nが
接続される端子と、一次側の中性線が接続される端子
（センタタップ）とを短絡接続（以下「非絶縁化結線」
と呼ぶ）12することで、一次-二次間が非絶縁化されて
いる。また、トランス10の一次対二次の巻線比は2:1で
ある。
【００３１】また、太陽電池1と接地電位の間に接続さ
れる模擬地絡装置111は、図3に示す装置の動作確認用で
ある。
れる模擬地絡装置111は、図3に示す装置の動作確認用で
ある。
【００３２】［動作］次に、図3に示す装置の動作を説
明をする。
明をする。
【００３３】図3に示す系統連系発電装置において、模
擬地絡装置111により太陽電池1を地絡させて、地絡セン
サ89の動作を確認する。その際の実験条件は、太陽電池
1の出力電圧が約200V、発電電力は約3.2kW、インバータ
8の出力電力が約3kW、模擬地絡装置111の地絡抵抗と、
アース91の接地抵抗との合計が約500Ωである。
擬地絡装置111により太陽電池1を地絡させて、地絡セン
サ89の動作を確認する。その際の実験条件は、太陽電池
1の出力電圧が約200V、発電電力は約3.2kW、インバータ
8の出力電力が約3kW、模擬地絡装置111の地絡抵抗と、
アース91の接地抵抗との合計が約500Ωである。
【００３４】上記の実験の結果、地絡電流が約0.4Aが流
れ、地絡センサ89により地絡電流が検出されることが確
認された。また、図2に示す系統連系発電システムにお
いて、上記と同様の実験を行ったところ、地絡電流は流
れず、地絡センサ89は地絡電流を検出しなかった。
れ、地絡センサ89により地絡電流が検出されることが確
認された。また、図2に示す系統連系発電システムにお
いて、上記と同様の実験を行ったところ、地絡電流は流
れず、地絡センサ89は地絡電流を検出しなかった。
【００３５】このように、第1実施形態の系統連系型の
発電装置においては、電流検出型の地絡センサ89を有す
る入出力が非絶縁のインバータ8により直流電力を交流
電力に変換して、単相三線式200Vの交流電力として出力
し、入出力が非絶縁のトランス10を介して単相二線式10
0Vの系統4へ接続する。従って、現在市場に最も多く出
回っている単相二線式200V出力のインバータ8を利用し
て、単相二線式100Vの系統4に連系する、安価な系統連
系型の発電装置を提供することができ、インバータ8に
内蔵された地絡センサ89により太陽電池1の地絡を検出
することができる。
発電装置においては、電流検出型の地絡センサ89を有す
る入出力が非絶縁のインバータ8により直流電力を交流
電力に変換して、単相三線式200Vの交流電力として出力
し、入出力が非絶縁のトランス10を介して単相二線式10
0Vの系統4へ接続する。従って、現在市場に最も多く出
回っている単相二線式200V出力のインバータ8を利用し
て、単相二線式100Vの系統4に連系する、安価な系統連
系型の発電装置を提供することができ、インバータ8に
内蔵された地絡センサ89により太陽電池1の地絡を検出
することができる。
【００３６】なお、第1実施形態の構成は、太陽電池1の
対地電位が固定される構成であればよく、上記に限定さ
れるものではない。
対地電位が固定される構成であればよく、上記に限定さ
れるものではない。
【００３７】例えば、インバータ8のO相端子と、トラン
ス10のセンタタップとが接続されていれば、インバータ
8のUおよびV相端子と、トランス10の一次側の他の二つ
の端子の接続は任意である。
ス10のセンタタップとが接続されていれば、インバータ
8のUおよびV相端子と、トランス10の一次側の他の二つ
の端子の接続は任意である。
【００３８】また、非絶縁化結線12は、接地側電線Nと
トランス10のセンタタップとを結ぶのが好ましいが、一
次側の他の二線（UまたはV相電線）と非接地側電線Hと
を結んだとしても、太陽電池1の対地電位が固定される
ので、地絡センサ89は機能する。勿論、非絶縁化結線12
は抵抗器やキャパシタなどを介しても構わない。
トランス10のセンタタップとを結ぶのが好ましいが、一
次側の他の二線（UまたはV相電線）と非接地側電線Hと
を結んだとしても、太陽電池1の対地電位が固定される
ので、地絡センサ89は機能する。勿論、非絶縁化結線12
は抵抗器やキャパシタなどを介しても構わない。
【００３９】さらに、インバータ8のO相端子（またはト
ランス10のセンタタップ）を接地すれば、太陽電池1の
対地電位を固定することができるので、トランス10の非
絶縁化結線12が不要になり、地絡センサ89も機能する。
ランス10のセンタタップ）を接地すれば、太陽電池1の
対地電位を固定することができるので、トランス10の非
絶縁化結線12が不要になり、地絡センサ89も機能する。
【００４０】また、インバータ8の内部構成は図3に限定
されるものではなく、電流検出型の地絡センサを有し、
入出力が非絶縁で直流電力を単相二線式200Vの交流電力
に変換するものであればよい。
されるものではなく、電流検出型の地絡センサを有し、
入出力が非絶縁で直流電力を単相二線式200Vの交流電力
に変換するものであればよい。
【００４１】
【第2実施形態】以下、本発明にかかる第2実施形態の系
統連系発電システムを説明する。なお、本実施形態にお
いて、第1実施形態と略同様の構成については、同一符
号を付して、その詳細説明を省略する。
統連系発電システムを説明する。なお、本実施形態にお
いて、第1実施形態と略同様の構成については、同一符
号を付して、その詳細説明を省略する。
【００４２】［構成］図4は第2実施形態の系統連系型の
発電装置の構成例を示すブロック図である。
発電装置の構成例を示すブロック図である。
【００４３】インバータ9は、電流検出型の地絡センサ8
9を有する入出力が非絶縁の電力変換装置で、太陽電池1
により発電された直流電力を交流電力に変換して、単相
100Vの交流電力を出力する、単相二線式100Vのインバー
タである。インバータ9の単相二線式100Vの交流電力
は、単相二線式100Vの系統4へ接続される。
9を有する入出力が非絶縁の電力変換装置で、太陽電池1
により発電された直流電力を交流電力に変換して、単相
100Vの交流電力を出力する、単相二線式100Vのインバー
タである。インバータ9の単相二線式100Vの交流電力
は、単相二線式100Vの系統4へ接続される。
【００４４】インバータ9は、主として、＋および−入
力端子間に入力される直流電圧を昇圧するためのコンバ
ータ部27、コンバータ部27の出力を交流電力に変換し出
力するインバータ部58、地絡センサ89、筐体を接地する
ためのFG端子、誤接続検知部520、警報部521、並びに、
インバータ9と系統4との開閉を行う開閉器522で構成さ
れる。
力端子間に入力される直流電圧を昇圧するためのコンバ
ータ部27、コンバータ部27の出力を交流電力に変換し出
力するインバータ部58、地絡センサ89、筐体を接地する
ためのFG端子、誤接続検知部520、警報部521、並びに、
インバータ9と系統4との開閉を行う開閉器522で構成さ
れる。
【００４５】インバータ部58は、キャパシタ581および5
82と、スイッチング素子583および584とから構成される
ハーフブリッジ回路、並びに、インダクタ586で構成さ
れる。これらのスイッチング素子を適宜スイッチするこ
とにより、ハーフブリッジ回路は、矩形波状の交流電圧
波形を生成し出力する。インダクタ586は、インバータ9
の連系リアクタで、インバータ9から出力される交流電
流の波形を正弦波状に整形する。なお、比較的出力電力
が小さいインバータに使用されるハーブブリッジ回路
は、第1実施形態で説明したフルブリッジ回路に比べて
スイッチング素子を少なくすることができる。インバー
タ9では、さらに連系リアクタも一つにしているので、
スイッチング素子および連系リアクタを減らした分、小
型、軽量かつ低コストになる。
82と、スイッチング素子583および584とから構成される
ハーフブリッジ回路、並びに、インダクタ586で構成さ
れる。これらのスイッチング素子を適宜スイッチするこ
とにより、ハーフブリッジ回路は、矩形波状の交流電圧
波形を生成し出力する。インダクタ586は、インバータ9
の連系リアクタで、インバータ9から出力される交流電
流の波形を正弦波状に整形する。なお、比較的出力電力
が小さいインバータに使用されるハーブブリッジ回路
は、第1実施形態で説明したフルブリッジ回路に比べて
スイッチング素子を少なくすることができる。インバー
タ9では、さらに連系リアクタも一つにしているので、
スイッチング素子および連系リアクタを減らした分、小
型、軽量かつ低コストになる。
【００４６】［対地容量の影響］図6および図7は、太陽
光発電システムの各部対地電位を模式的に説明した図で
あり、図6は、インバータ9と系統4が正常な接続（系統4
の接地側がN端子と接続）状態、図7は前記インバータ9
と系統4が誤接続（系統4の接地側がH端子と接続）状態
をそれぞれ示している。
光発電システムの各部対地電位を模式的に説明した図で
あり、図6は、インバータ9と系統4が正常な接続（系統4
の接地側がN端子と接続）状態、図7は前記インバータ9
と系統4が誤接続（系統4の接地側がH端子と接続）状態
をそれぞれ示している。
【００４７】インバータ部58は、N端子をゼロ点とし
て、インバータ5の出力である実効値100Vの交流電圧波
形を生成する。またコンバータ部27は、実効値100Vの波
高値である約141Vの二倍以上の直流電圧を出力する。本
実施例では、回路構成上、直流電圧はN端子を基準とし
て±175Vとなる。
て、インバータ5の出力である実効値100Vの交流電圧波
形を生成する。またコンバータ部27は、実効値100Vの波
高値である約141Vの二倍以上の直流電圧を出力する。本
実施例では、回路構成上、直流電圧はN端子を基準とし
て±175Vとなる。
【００４８】いま、太陽電池1の出力電圧がX[V]の場
合、正常な接続状態では、図6より太陽電池1の対地電位
の平均値は直流-175+X/2[V]となる。一方、誤接続状態
では、図7よりN端子の対地電位が交流100Vであるため、
平均値は直流(-175+X/2)V＋交流100Vとなる。
合、正常な接続状態では、図6より太陽電池1の対地電位
の平均値は直流-175+X/2[V]となる。一方、誤接続状態
では、図7よりN端子の対地電位が交流100Vであるため、
平均値は直流(-175+X/2)V＋交流100Vとなる。
【００４９】一般的に、太陽電池1の出力電圧は数百[V]
程度で、結果として平均値も直流数百[V]程度となるの
で、正常な接続状態では太陽電池1とグランド間の絶縁
抵抗は数MΩ以上確保されている。従って、正常な接続
状態では、太陽電池1のグランドへ流れる地絡電流はほ
ぼゼロである。
程度で、結果として平均値も直流数百[V]程度となるの
で、正常な接続状態では太陽電池1とグランド間の絶縁
抵抗は数MΩ以上確保されている。従って、正常な接続
状態では、太陽電池1のグランドへ流れる地絡電流はほ
ぼゼロである。
【００５０】一方、図7で示すように誤接続状態では、
太陽電池1の対地電位の平均値に対して、交流100Vが印
加されるため、対地容量11を通じて太陽電池1からグラ
ンドへ地絡電流が流れ、系統連系システムの漏電ブレー
カが作動する。
太陽電池1の対地電位の平均値に対して、交流100Vが印
加されるため、対地容量11を通じて太陽電池1からグラ
ンドへ地絡電流が流れ、系統連系システムの漏電ブレー
カが作動する。
【００５１】対地容量11は、太陽電池1と接地電位間の
静電容量で、標準日射で1kW相当の電力を発電する太陽
電池で約1μFである。対地容量11が1μF、太陽電池1の
接地抵抗と系統4の接地抵抗の合計が500Ωだとすると、
100/√[5002+{1/(ω×10-6)}2]であるから、50Hzで30mA
強の、60Hzで40mA弱の地絡電流ILが発生する。この電流
値は漏電ブレーカを遮断させるのに十二分な値である。
静電容量で、標準日射で1kW相当の電力を発電する太陽
電池で約1μFである。対地容量11が1μF、太陽電池1の
接地抵抗と系統4の接地抵抗の合計が500Ωだとすると、
100/√[5002+{1/(ω×10-6)}2]であるから、50Hzで30mA
強の、60Hzで40mA弱の地絡電流ILが発生する。この電流
値は漏電ブレーカを遮断させるのに十二分な値である。
【００５２】［誤接続検知部］上記の誤接続により地絡
電流が流れると漏電ブレーカが動作してインバータ9と
系統4とが遮断される。インバータ9と系統4との遮断自
体は、誤接続を直せば済むことであるが、漏電ブレーカ
の遮断により、系統4から電力の供給を受けている需要
家内の負荷（電気・電力機器）も停電することになるの
で、誤接続による漏電ブレーカの遮断を防ぐ対策が必要
である。
電流が流れると漏電ブレーカが動作してインバータ9と
系統4とが遮断される。インバータ9と系統4との遮断自
体は、誤接続を直せば済むことであるが、漏電ブレーカ
の遮断により、系統4から電力の供給を受けている需要
家内の負荷（電気・電力機器）も停電することになるの
で、誤接続による漏電ブレーカの遮断を防ぐ対策が必要
である。
【００５３】そこで、インバータ9を系統4に接続しよう
とする場合は、開閉器522を開状態にした後、接続を行
う。開閉器522が開状態であれば誤接続しても地絡電流
は流れず、漏電ブレーカは動作しない。
とする場合は、開閉器522を開状態にした後、接続を行
う。開閉器522が開状態であれば誤接続しても地絡電流
は流れず、漏電ブレーカは動作しない。
【００５４】さらに、誤接続検知部520は、図5に示すよ
うに、電圧検出部5201によりインバータ9のN端子とFG端
子との間の電圧（絶対値）を検出し、検出された電圧と
所定値（例えば20V）とを比較器5202により比較する。
もし、検出された電圧が所定値を超える場合、警報部52
1が駆動され、誤接続が警告される。
うに、電圧検出部5201によりインバータ9のN端子とFG端
子との間の電圧（絶対値）を検出し、検出された電圧と
所定値（例えば20V）とを比較器5202により比較する。
もし、検出された電圧が所定値を超える場合、警報部52
1が駆動され、誤接続が警告される。
【００５５】なお、警報部521としては、光、音、機械
的振動、電気信号や光信号などによって、誤接続を人や
情報端末などに伝達するものであればよい。また、誤接
続検知部520や警報部521への電力は、系統4または太陽
電池1のどちらかでも供給可能であるし、一次電池や二
次電池から供給することもできる。
的振動、電気信号や光信号などによって、誤接続を人や
情報端末などに伝達するものであればよい。また、誤接
続検知部520や警報部521への電力は、系統4または太陽
電池1のどちらかでも供給可能であるし、一次電池や二
次電池から供給することもできる。
【００５６】図9はインバータ9を系統4に接続する場合
の作業手順を示すフローチャートである。
の作業手順を示すフローチャートである。
【００５７】ステップS1で開閉器522を開状態にし、ス
テップS2で系統4とインバータ9とを接続する。そして、
ステップS3で誤接続の警報が発せられたか否かを判断す
る。警報が発せられた場合はステップS4で系統4とイン
バータ9との接続をやり直す（つまり、NおよびH端子の
接続を反転する）。そして、ステップS5で開閉器522を
閉状態にして、系統連系発電システムの運転を開始す
る。なお、インバータ9と系統4の接続完了後、誤接続検
知部520や警報部521への電力供給をオフにしてもよい。
テップS2で系統4とインバータ9とを接続する。そして、
ステップS3で誤接続の警報が発せられたか否かを判断す
る。警報が発せられた場合はステップS4で系統4とイン
バータ9との接続をやり直す（つまり、NおよびH端子の
接続を反転する）。そして、ステップS5で開閉器522を
閉状態にして、系統連系発電システムの運転を開始す
る。なお、インバータ9と系統4の接続完了後、誤接続検
知部520や警報部521への電力供給をオフにしてもよい。
【００５８】このように、インバータ9のN端子の対地電
位を検出することにより、系統4とインバータ9との誤接
続を検知して警報を発することができる。従って、小
型、軽量、低コストのインバータ9を使用して、誤接続
防止機能を有する、小型、軽量、安価な系統連系発電シ
ステムを提供することができる。
位を検出することにより、系統4とインバータ9との誤接
続を検知して警報を発することができる。従って、小
型、軽量、低コストのインバータ9を使用して、誤接続
防止機能を有する、小型、軽量、安価な系統連系発電シ
ステムを提供することができる。
【００５９】また、図9に示す作業手順に従い、インバ
ータ9と系統4との接続作業を行えば、誤接続した場合も
地絡電流が流れず、漏電ブレーカが遮断することがな
い。従って、信頼性および安全性の高い作業が可能にな
る。
ータ9と系統4との接続作業を行えば、誤接続した場合も
地絡電流が流れず、漏電ブレーカが遮断することがな
い。従って、信頼性および安全性の高い作業が可能にな
る。
【００６０】また、インバータ9の制御部の処理能力に
余裕があれば、誤接続検知部520の機能を制御部に組み
込むこともでき、より安価、小型で、誤接続防止機能を
有する系統連系発電システムを提供することができる。
余裕があれば、誤接続検知部520の機能を制御部に組み
込むこともでき、より安価、小型で、誤接続防止機能を
有する系統連系発電システムを提供することができる。
【００６１】また、誤接続検知部520において、N端子の
対地電位をディジタルデータとして検出して、系統4の
周波数成分だけを検出するようにすれば、ノイズの影響
を除去して誤検出を極めて少なくすることができる。
対地電位をディジタルデータとして検出して、系統4の
周波数成分だけを検出するようにすれば、ノイズの影響
を除去して誤検出を極めて少なくすることができる。
【００６２】なお、インバータ9の内部構成は図4に限定
されるものではなく、太陽電池1が発電した電力を、交
流電力に変換して、一線が接地された単相2線式100Vの
系統4に出力し、電流検出型の地絡センサ89を有する入
出力が非絶縁の電力変換装置であればよい。つまり、第
1実施形態と同様に、太陽電池1の対地電位が固定される
構成であればよい。
されるものではなく、太陽電池1が発電した電力を、交
流電力に変換して、一線が接地された単相2線式100Vの
系統4に出力し、電流検出型の地絡センサ89を有する入
出力が非絶縁の電力変換装置であればよい。つまり、第
1実施形態と同様に、太陽電池1の対地電位が固定される
構成であればよい。
【００６３】また、開閉器522は、機械式スイッチまた
は半導体スイッチなど、どのような開閉器でもよい。さ
らに、誤接続検知部520が誤接続を検知しなかった場合
に、開閉器522を駆動して、開閉器522を閉状態にするこ
ともできる。このようにすれば、接続時の作業性を向上
することができる。
は半導体スイッチなど、どのような開閉器でもよい。さ
らに、誤接続検知部520が誤接続を検知しなかった場合
に、開閉器522を駆動して、開閉器522を閉状態にするこ
ともできる。このようにすれば、接続時の作業性を向上
することができる。
【００６４】
【第3実施形態】以下、本発明にかかる第3実施形態の系
統連系発電システムを説明する。なお、本実施形態にお
いて、第1または第2実施形態と略同様の構成について
は、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
統連系発電システムを説明する。なお、本実施形態にお
いて、第1または第2実施形態と略同様の構成について
は、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００６５】また、本系統連系システムの各部対地電位
を図8および図11に示すが、インバータ8および太陽電池
1の各部対地電位の詳細は省略する。
を図8および図11に示すが、インバータ8および太陽電池
1の各部対地電位の詳細は省略する。
【００６６】［構成］図10は第3実施形態の系統連系型
の発電装置の構成例を示すブロック図である。
の発電装置の構成例を示すブロック図である。
【００６７】第1実施形態ではトランス10の一次-二次間
を非絶縁化結線12で接続して非絶縁型のトランスとして
利用する例を説明したが、第3実施形態では、オートト
ランス（単巻トランス）13を使用する。
を非絶縁化結線12で接続して非絶縁型のトランスとして
利用する例を説明したが、第3実施形態では、オートト
ランス（単巻トランス）13を使用する。
【００６８】このように、第3実施形態の系統連系発電
システムにおいては、電流検出型の地絡センサ89を有す
る入出力が非絶縁のインバータ8により直流電力を交流
電力に変換して、単相三線式200Vの交流電力として出力
し、入出力が非絶縁のトランス13を介して単相二線式10
0Vの系統4へ接続する。従って、現在市場に最も多く出
回っている単相二線式200V出力のインバータ8を利用し
て、単相二線式100Vの系統4に連系する、安価な系統連
系発電システムを提供することができ、インバータ8に
内蔵された地絡センサ89により太陽電池1の地絡を検出
することができる。
システムにおいては、電流検出型の地絡センサ89を有す
る入出力が非絶縁のインバータ8により直流電力を交流
電力に変換して、単相三線式200Vの交流電力として出力
し、入出力が非絶縁のトランス13を介して単相二線式10
0Vの系統4へ接続する。従って、現在市場に最も多く出
回っている単相二線式200V出力のインバータ8を利用し
て、単相二線式100Vの系統4に連系する、安価な系統連
系発電システムを提供することができ、インバータ8に
内蔵された地絡センサ89により太陽電池1の地絡を検出
することができる。
【００６９】さらに、第1実施形態では、本来絶縁され
た一次側巻線と二次側巻線との間を非絶縁化結線12によ
り非絶縁化したトランス10を使用するのに対して、第3
実施形態では、一次側巻線と二次側巻線との間が非絶縁
のオートトランス13を使用する。オートトランスの場
合、その一次二次に共通な巻線（分路巻線）には一次電
流と二次電流との差分電流が流れるだけであるから、分
路巻線部分の電線の断面積は小さくてよい。従って、ト
ランス13は、トランス10に比べて小型、軽量かつ低コス
ト（概略1/2）になるので、系統連系発電システムとし
ても小型、軽量かつ低価格を実現することができる。
た一次側巻線と二次側巻線との間を非絶縁化結線12によ
り非絶縁化したトランス10を使用するのに対して、第3
実施形態では、一次側巻線と二次側巻線との間が非絶縁
のオートトランス13を使用する。オートトランスの場
合、その一次二次に共通な巻線（分路巻線）には一次電
流と二次電流との差分電流が流れるだけであるから、分
路巻線部分の電線の断面積は小さくてよい。従って、ト
ランス13は、トランス10に比べて小型、軽量かつ低コス
ト（概略1/2）になるので、系統連系発電システムとし
ても小型、軽量かつ低価格を実現することができる。
【００７０】以上説明した各実施形態によれば、以下の
効果が得られる。 (1)市場に数多く出回っている、電流検出型の地絡セン
サを有する入出力が非絶縁のインバータ（例えばフルブ
リッジ方式の単相三線200V出力）を、入出力が非絶縁の
トランスを介して、一線が接地された単相二線式100Vの
系統へ連系することで、地絡センサがそのまま使用で
き、小型、軽量かつ安価な系統連系発電システムを提供
することができる。 (2) (1)項の入出力が非絶縁のトランスとしてオートト
ランスを用いれば、さらに、小型、軽量かつ安価な系統
連系発電システムを提供することができる。 (3) 市場に数多く出回っている、電流検出型の地絡セン
サを有する入出力が非絶縁のインバータ（例えばハーフ
ブリッジ方式の単相二線100V出力）を、一線が接地され
た単相二線式100Vの系統へ連系することで、地絡センサ
がそのまま使用でき、小型、軽量かつ安価な系統連系発
電システムを提供することができる。 (4) (3)項の構成において、さらに、インバータと系統
との開閉を行う開閉器、および、系統の接地側の電線が
接続されるべきインバータの出力端子の対地電位を検出
し、所定以上の対地電圧が検出される場合に警報を発す
る構成を追加する。これらの構成により、開閉器を開状
態にしてインバータを系統に接続し、警報が発せられた
場合は接続をやり直した後、開閉器を閉状態にして系統
連系発電システムの運転を開始する。このようにすれ
ば、インバータと系統との間違えた場合に発生する地絡
電流を防いで、漏電ブレーカの遮断など防ぐことができ
る。つまり、インバータと系統との誤接続を防ぐ機能を
有する系統連系発電システムを提供することができる。
効果が得られる。 (1)市場に数多く出回っている、電流検出型の地絡セン
サを有する入出力が非絶縁のインバータ（例えばフルブ
リッジ方式の単相三線200V出力）を、入出力が非絶縁の
トランスを介して、一線が接地された単相二線式100Vの
系統へ連系することで、地絡センサがそのまま使用で
き、小型、軽量かつ安価な系統連系発電システムを提供
することができる。 (2) (1)項の入出力が非絶縁のトランスとしてオートト
ランスを用いれば、さらに、小型、軽量かつ安価な系統
連系発電システムを提供することができる。 (3) 市場に数多く出回っている、電流検出型の地絡セン
サを有する入出力が非絶縁のインバータ（例えばハーフ
ブリッジ方式の単相二線100V出力）を、一線が接地され
た単相二線式100Vの系統へ連系することで、地絡センサ
がそのまま使用でき、小型、軽量かつ安価な系統連系発
電システムを提供することができる。 (4) (3)項の構成において、さらに、インバータと系統
との開閉を行う開閉器、および、系統の接地側の電線が
接続されるべきインバータの出力端子の対地電位を検出
し、所定以上の対地電圧が検出される場合に警報を発す
る構成を追加する。これらの構成により、開閉器を開状
態にしてインバータを系統に接続し、警報が発せられた
場合は接続をやり直した後、開閉器を閉状態にして系統
連系発電システムの運転を開始する。このようにすれ
ば、インバータと系統との間違えた場合に発生する地絡
電流を防いで、漏電ブレーカの遮断など防ぐことができ
る。つまり、インバータと系統との誤接続を防ぐ機能を
有する系統連系発電システムを提供することができる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
市場に出回っているインバータを系統連系装置で利用可
能にすることができる。
市場に出回っているインバータを系統連系装置で利用可
能にすることができる。
【００７２】また、インバータに組み込まれた地絡セン
サにより一点地絡を検出可能にすることができる。
サにより一点地絡を検出可能にすることができる。
【００７３】さらに、小型、軽量かつ低価格の系統連系
装置にすることができる。
装置にすることができる。
【図１】典型的な住宅用の太陽光発電システムの構成例
を示す図、
を示す図、
【図２】絶縁トランスを利用する太陽光発電システムの
構成例を示す図、
構成例を示す図、
【図３】第1実施形態の系統連系型の発電装置の構成例
を示すブロック図、
を示すブロック図、
【図４】第2実施形態の系統連系型の発電装置の構成例
を示すブロック図
を示すブロック図
【図５】誤接続検知部の構成例を示すブロック図、
【図６】第2実施形態の太陽光発電システムの正常な接
続状態の各部対地電位を示す図、
続状態の各部対地電位を示す図、
【図７】第2実施形態の太陽光発電システムの誤接続な
接続状態の各部対地電位を示す図、
接続状態の各部対地電位を示す図、
【図８】第3実施形態の太陽光発電システムの正常な接
続状態の各部対地電位を示す図、
続状態の各部対地電位を示す図、
【図９】第2実施形態のインバータを系統に接続する場
合の作業手順を示すフローチャート、
合の作業手順を示すフローチャート、
【図１０】第3実施形態の系統連系型の発電装置の構成
例を示すブロック図、
例を示すブロック図、
【図１１】第3実施形態の太陽光発電システムの誤接続
な接続状態の各部対地電位を示す図である。
な接続状態の各部対地電位を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｒ (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） 5G004 AA05 AB02 BA01 CA02 CA04 DA01 5G053 AA06 AA16 BA01 CA01 DA03 EB01 FA01 5G066 HA13 HB04 5H007 AA06 AA17 BB07 CA02 CB05 CB06 CB12 CC12 CC32 CC35 DC02 EA02 FA03 GA01
Claims (9)
- 【請求項１】 直流電源から供給される電力を単相三線
式200Vの交流電力形態に変換する入出力が非絶縁のイン
バータと、 前記インバータに組み込まれた地絡検出センサと、 前記単相三線式200Vのラインと、一線が接地された単相
二線式100Vの電力系統とを接続する入出力が非絶縁のト
ランスとを有し、 前記単相三線式200Vの中点電位線と、前記電力系統の接
地線とが接続されたことを特徴とする系統連系装置。 - 【請求項２】 前記トランスは単巻トランスであること
を特徴とする請求項1に記載された系統連系装置。 - 【請求項３】 直流電源から供給される電力を単相二線
式100Vの交流電力形態に変換する入出力が非絶縁のイン
バータと、 前記インバータに組み込まれた地絡検出センサと、 前記単相二線式100Vのラインと、一線が接地された単相
二線式100V形態の電力系統との接続を開閉する開閉器
と、 前記単相二線式100Vのラインと、前記電力系統との誤接
続を検知して警報を発する警報器とを有することを特徴
とする系統連系装置。 - 【請求項４】 前記開閉器および警報器は、前記直流電
源の対地静電容量を介して地絡電流が流れるのを防ぐた
めの手段であることを特徴とする請求項3に記載された
系統連系装置。 - 【請求項５】 前記開閉器は、前記インバータを前記電
力系統に接続する前に開状態にされ、接続後、前記警報
が発せられなければ閉状態にされることを特徴とする請
求項3または請求項4に記載された系統連系装置。 - 【請求項６】 前記直流電源は太陽電池であることを特
徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載された系統
連系装置。 - 【請求項７】 直流電源から供給される電力を単相二線
式100Vの交流電力形態に変換する入出力が非絶縁のイン
バータ、前記インバータに組み込まれた地絡検出セン
サ、前記単相二線式100Vのラインと、一線が接地された
単相二線式100V形態の電力系統との接続を開閉する開閉
器、並びに、前記単相二線式100Vのラインと、前記電力
系統との誤接続を検知して警報を発する警報器とを有す
る系統連系装置の連系方法であって、 前記開閉器を開状態にし、 前記インバータと前記電力系統とを接続し、 前記警報が発せられなければ前記開閉器を閉状態にする
ことを特徴とする連系方法。 - 【請求項８】 前記警報が発せられた場合は、前記イン
バータと前記電力系統とを接続し直した後、前記開閉器
を閉状態にすることを特徴とする請求項7に記載された
連系方法。 - 【請求項９】 前記開閉器および警報器は、前記直流電
源の対地静電容量を介して地絡電流が流れるのを防ぐた
めの手段であることを特徴とする請求項7または請求項8
に記載された連系方法。
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