JP2003333753A - 系統連系電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 系統電源と負荷２とを連系スイッチ３を介し
て接続し、連系スイッチ３の負荷２側に電力変換器４を
介して直流電源５を接続して、電力系統１と直流電源５
とを連系運転する系統連系電力変換装置において、自己
消弧能力を持たない半導体スイッチや機械式スイッチを
用いた連系スイッチ３の通電電流を、電力系統の異常時
に確実に高速遮断する。 【解決手段】 連系スイッチ３のスイッチ電流をフィー
ドバック制御するためのスイッチ電流指令作成手段１９
とスイッチ電流制御回路１８とを備え、系統電圧異常時
に、スイッチ電流の遮断を促進する指令を作成し該指令
に追従するように電力変換器４の出力電流指令を演算し
て、電力変換器４を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電源系統に他の
エネルギ源を電力変換器を介して連系させ、電源系統の
異常時にも安定した電力を供給する系統連系電力変換装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６および図１７は、特開平１１−３
４１６８６号公報に示された従来の系統連系電力変換装
置としての分散電源システムの構成図である。図１６に
示すように、電力系統１に対し、系統連系スイッチ３を
介して負荷２が接続される。また、負荷２と並列に電力
変換器４が接続され、さらに電力変換器４の直流側に
は、充放電可能な直流電源５が接続される。電力系統１
が正常である場合、系統連系スイッチ３が導通しており
電力系統１から負荷２に電力が供給される。また、これ
と同時に電力変換器４は、直流電源５の充電・放電動作
を行う。このとき、変換器制御回路８は、変換器電流検
出器６で検出される電力変換器４の出力電流が電流基準
値発生回路７による設定電流値に保たれるように、電力
変換器４の出力すべき電圧を決定し、ゲートドライブ回
路９を介して電力変換器４を制御する。

【０００３】また、電力系統１に電圧異常が発生する
と、系統電圧異常検出器１２にて電圧異常が検出される
と共に、連系スイッチ制御回路１３に系統連系スイッチ
３の遮断信号が送られ、系統連系スイッチ３が開放され
る。同時に、変換器制御回路８は、変換器電流検出器６
の出力を、電流基準発生回路７からの信号に追従させる
のを止めて、連系スイッチ電流検出器１４の出力に応じ
て、電力変換器４の電流を増加または減少させるような
指令値を生成し、ゲートドライブ回路９へ入力する。こ
のことにより、系統連系スイッチ３を流れる電流を全て
電力変換器４へ引き取り、系統連系スイッチ３を流れる
電流を速やかに零として、電力系統１の切り離しが完了
する。電力系統１が切り離されると、変換器制御回路８
は、負荷電圧検出器１０の出力が電圧基準値発生回路１
１により設定された電圧値に保たれるような電圧指令値
を電力変換器４に与える。

【０００４】図１７に示す分散電源システムでは、系統
連系スイッチ３に流れる電流を連系スイッチ電流検出器
１４で検出し、その出力を系統電圧異常検出器１２の出
力と共に電流基準値発生回路７へ入力する。電力系統１
に電圧異常が発生した場合、電流基準値発生回路７は、
連系スイッチ電流検出器１４の出力に応じて、正または
負の一定の値を出力する。この出力の極性は負荷２に対
する系統連系スイッチ３の電流極性と同極性とし、その
絶対値は系統連系スイッチ３に流れ得る電流の最大値よ
りも大きくしておく。このことにより、変換器制御回路
８は系統連系スイッチ３を通じて負荷２に供給されてい
る電流よりも大きな電流を電力変換器４から流すような
指令値を発生し、この指令値に電力変換器４の出力電流
が一致するまでの間に系統連系スイッチ３に流れる電流
は零となり、電力系統１の切り離しが完了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の系統連系電力変
換装置は以上のように構成され、電力系統１の電圧異常
時には、電力変換器４の出力電流によって系統連系スイ
ッチ３に流れる電流を零にして電力系統１の切り離しを
行うものである。しかしながら、系統連系スイッチ３の
通電電流を検出してはいるが、その通電電流に基づいて
電力変換器４への指令を所定の演算により演算させるも
のであり、図１６で示すものでは、出力電流に系統連系
スイッチ３の通電電流を上乗せした値を電力変換器４の
出力電流指令とする。また図１７に示したものでは、正
または負の固定値を電力変換器４の出力電流指令とする
ものである。このため、理想状態では系統連系スイッチ
３に流れる電流を零にできるものではあるが、万一、切
り離しに一度失敗すると、系統連系スイッチ３に流れる
電流を速やかに零に収束させることが困難になる。この
ような懸念は、系統連系スイッチ３に例えば機械式スイ
ッチを適用した場合に顕著であり、遮断直前のスイッチ
電圧、通過電流変化率によってはアーク電流が完全に消
滅せず、再導通する場合があり、このような切り離し失
敗の場合には、逆に系統連系スイッチ３に流れる電流を
増加させて遮断を不可能にすることがある。また図１８
に示すように負荷２ならびに電力変換器４以外の構成要
素、例えばフィルタコンデンサ１５、発電設備１６が接
続された場合にも、上述した従来のもののように、系統
連系スイッチ３の通電電流に基づいて電力変換器４の出
力電流指令を所定の演算により演算させたものでは、系
統連系スイッチ３に流れる電流を確実に零にして電力系
統１の切り離しを行うことは困難であった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るために成されたものであって、自己消弧能力を持たな
い半導体スイッチや機械式スイッチを用いた連系スイッ
チの通電電流を、電力系統の異常時に速やかで確実に遮
断して電力系統を切り離すことが可能な系統連系電力変
換装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
記載の系統連系電力変換装置は、系統電源と負荷とを連
系スイッチを介して接続し、上記連系スイッチの上記負
荷側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第
２の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であっ
て、上記系統電源の正常時には上記連系スイッチを閉と
し、上記系統電源の電圧異常を検出して上記連系スイッ
チに開放指令を与えて該連系スイッチの開閉を制御する
連系スイッチ制御手段と、該連系スイッチにおける開閉
制御状態に応じてスイッチ電流指令を出力するスイッチ
電流指令作成手段と、上記スイッチ電流指令に追従する
ようにスイッチ電流を制御する信号を出力するスイッチ
電流制御手段と、該スイッチ電流制御手段からの制御信
号を電流指令として上記電力変換器の出力電流を制御す
る変換器制御手段とを備えたものである。

【０００８】この発明に係る請求項２記載の系統連系電
力変換装置は、請求項１において、上記電力変換器出力
側の電圧を制御する電圧制御手段を、上記スイッチ電流
制御手段と上記変換器制御手段との間に備え、該スイッ
チ電流制御手段からの出力を電圧指令として上記電圧制
御手段が動作し、該電圧制御手段の出力を上記電流指令
として上記変換器制御手段が上記電力変換器の出力電流
を制御するものである。

【０００９】この発明に係る請求項３記載の系統連系電
力変換装置は、請求項１において、上記第２の電源と上
記系統電源との連系点より該系統電源側の連系電力を制
御する連系電力制御手段を、上記スイッチ電流制御手段
と上記変換器制御手段との間に備え、該スイッチ電流制
御手段からの出力を連系電力指令として上記連系電力制
御手段が動作し、該連系電力制御手段の出力を上記電流
指令として上記変換器制御手段が上記電力変換器の出力
電流を制御するものである。

【００１０】この発明に係る請求項４記載の系統連系電
力変換装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、上記
系統電源の電圧異常が検出されると、上記連系スイッチ
制御手段により上記連系スイッチに開放指令を与えると
ともに、上記スイッチ電流指令作成手段からの上記スイ
ッチ電流指令を指令値零として該スイッチ電流の遮断を
促進させるものである。

【００１１】この発明に係る請求項５記載の系統連系電
力変換装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、上記
系統電源の電圧異常が検出されると、上記連系スイッチ
制御手段により上記連系スイッチに開放指令を与えると
ともに、上記スイッチ電流指令作成手段からの上記スイ
ッチ電流指令を周期的に極性が変化する電流指令として
該スイッチ電流の遮断を促進させるものである。

【００１２】この発明に係る請求項６記載の系統連系電
力変換装置は、請求項５において、系統電源が交流電源
の場合、上記系統電源の電圧異常が検出されたときに上
記スイッチ電流指令作成手段から出力される周期的に極
性が変化する上記スイッチ電流指令は、上記電圧異常検
出以前のスイッチ電流よりも周波数の高い交流電流指令
である。

【００１３】この発明に係る請求項７記載の系統連系電
力変換装置は、請求項５において、上記系統電源の電圧
異常が検出されたときに上記スイッチ電流指令作成手段
から出力される周期的に極性が変化する上記スイッチ電
流指令は、検出したスイッチ電流の極性と逆極性の電流
指令である。

【００１４】この発明に係る請求項８記載の系統連系電
力変換装置は、請求項１〜７のいずれかにおいて、上記
電力変換器出力側に上記電力変換器と並列にフィルタコ
ンデンサを接続したものである。

【００１５】この発明に係る請求項９記載の系統連系電
力変換装置は、請求項１〜８のいずれかにおいて、エネ
ルギを蓄積あるいは供給する手段を、上記第２の電源と
上記系統電源との連系点に接続したものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実
施の形態１による系統連系電力変換装置を示す構成図で
ある。図において、１は商用電源、交流電源などに接続
された電力系統、２は負荷、３は電力系統１と負荷２と
の間に設けられて電力系統１の電圧異常時に負荷２を電
力系統１から切り離すための系統連系スイッチであり、
自己消弧機能のない半導体素子あるいは機械式スイッチ
等で構成される。４は構成要素である半導体スイッチ素
子のスイッチング動作により制御されて電力供給する電
力変換器、５は電力変換器４に直流電圧を提供する第２
の電源としての、コンデンサ、電池、整流器、フライホ
イール等の直流電源、６は電力変換器４の出力電流を検
出する変換器電流検出器、９は電力変換器４内の各半導
体スイッチング素子のスイッチ状態を決定するゲートパ
ルスを作成するゲートドライブ回路、１２は電力系統１
の電圧の周波数異常、振幅異常等の電圧異常を検出する
系統電圧異常検出器、１３は連系スイッチ３の開閉を制
御する連系スイッチ制御回路、１４は連系スイッチ３に
流れる電流を検出するスイッチ電流検出器である。ま
た、１５はスイッチングリップルを除去する目的で電力
変換器４の出力に接続されるフィルタコンデンサ、１６
は負荷２と並列に接続される、エネルギを蓄積あるいは
供給する手段としての分散電源、発電機等の発電設備、
１７は与えられた変換器電流指令に基づき、電力変換器
４の出力電流を制御する変換器電流制御回路、１８は連
系スイッチ３に流れる電流を制御するスイッチ電流制御
回路、１９は連系スイッチに流れる電流の目標値である
スイッチ電流指令を作成するスイッチ電流指令作成手段
である。

【００１７】次に、動作を説明する。電力系統１が正常
である場合、連系スイッチ３が導通しており電力系統１
から負荷２に電力が供給される。また、これと同時に電
力変換器４は、直流電源５の充電・放電動作を行う。こ
のとき、変換器電流制御回路１７は、変換器電流検出器
６で検出される電力変換器４の出力電流が、スイッチ電
流制御回路１８から入力された変換器電流指令に一致す
るように電力変換器４の出力すべき電圧を決定し、変換
器電圧指令をゲートドライブ回路９に与える。ゲートド
ライブ回路９では、変換器電流制御回路１７の出力する
変換器電圧指令に従って電力変換器４の出力すべき電圧
に相当するゲートパルスを作成して、電力変換器４内の
各スイッチング素子をスイッチング動作させることによ
り電力変換器４を制御する。また、スイッチ電流制御回
路１８は、連系スイッチ３が開／閉それぞれの制御状態
でスイッチ電流指令を切り替えて出力するスイッチ電流
指令作成手段１９からのスイッチ電流指令（この場合、
連系スイッチ３が閉状態の指令）を入力として、スイッ
チ電流検出器１４で検出されるスイッチ電流が該スイッ
チ電流指令に一致するように電力変換器４の出力すべき
電流を決定し、変換器電流指令を出力する。

【００１８】一方、電力系統１に周波数異常、振幅異常
等の電圧異常が発生すると、系統電圧異常検出器１２に
て電圧異常が検出されると共に、連系スイッチ制御回路
１３に系統連系スイッチ３の遮断信号が送られ、同時に
スイッチ電流指令作成手段１９に系統電圧異常検出信号
が送られる。連系スイッチ制御回路１３は遮断信号を受
けて連系スイッチ３に開放指令を与え、これにより連系
スイッチ３は、開放または遮断動作を開始する。スイッ
チ電流指令作成手段１９は、系統電圧異常検出を受け
て、連系スイッチ３の遮断を促進するスイッチ電流指令
に切り替えて、該スイッチ電流指令をスイッチ電流制御
回路１８に与える。スイッチ電流制御回路１８は、スイ
ッチ電流指令を受けてスイッチ電流検出器１４で検出さ
れるスイッチ電流が該スイッチ電流指令に一致するよう
に電力変換器４の出力すべき電流を決定し、変換器電流
指令を出力する。電力変換器４の制御は、電力系統が正
常時と同様に、変換器電流指令に基づいて行われる。こ
のため、連系スイッチ３の遮断を促進するスイッチ電流
指令にスイッチ電流が一致するように電力変換器制御が
行われ、スイッチ電流が速やかに遮断する。

【００１９】図２は、図１で示した系統連系電力変換装
置における変換器電流制御回路１７の詳細例を示す構成
図である。図に示すように、変換器電流制御回路１７
は、電力変換器４の出力電流をフィードバック制御して
変換器電流指令に追従させるもので、変換器電流指令と
変換器電流（出力電流）の差分を減算器２０ａで求め、
比例器２１ａ、微分器２２ａ、積分器２３ａの演算結果
を加算器２４ａで加算することによって変換器電圧指令
を出力する。なお、変換器電流制御回路１７は電力変換
器４の出力電流を制御し、変換器制御手段となるもので
あるが、この変換器制御手段は、ＤＳＰ、ＣＰＵ等のソ
フトウェアにて構成してもよく、同様の処理を実行でき
る。スイッチ電流制御回路１８においても、図２で示し
た変換器電流制御回路１７と同様にフィードバック制御
系を構成して、スイッチ電流検出器１４で検出されるス
イッチ電流が、スイッチ電流指令作成手段１９からのス
イッチ電流指令に追従するように制御する。即ち、スイ
ッチ電流指令とスイッチ電流の偏差を求めた上で、比例
器、微分器、積分器を用いてフィードバック制御系を構
成することにより、スイッチ電流がスイッチ電流指令と
一致するように、変換器電流指令を出力する。この場合
も、スイッチ電流制御回路１８は、スイッチ電流をスイ
ッチ電流指令と一致するように制御し、スイッチ電流制
御手段となるものであるが、このスイッチ電流制御手段
は、ＤＳＰ、ＣＰＵ等のソフトウェアにて構成してもよ
く、同様の処理を実行できる。

【００２０】次に、スイッチ電流指令作成手段１９の詳
細について説明する。図３にスイッチ電流指令作成手段
１９の構成例を示す。図３において、２５ａは入力信号
を切り替える切替スイッチ、２６は系統連系運転時のス
イッチ電流指令を作成する連系運転時電流指令作成手
段、２７ａはある一定の固定値を出力する固定値設定器
である。系統電圧に異常がない場合、すなわち連系スイ
ッチ３が閉状態で導通しており電力系統１が連系スイッ
チ３を介して連系運転されている時は、切替スイッチ２
５ａが連系運転時電流指令作成手段２６の出力を選択
し、スイッチ電流指令として出力する。連系運転時電流
指令作成手段２６は、電力変換器４の運転目的に応じた
スイッチ電流指令を出力する。例えば、電力変換器４が
昼夜の負荷平準化の目的で用いられる場合、昼間は直流
電源５から電力系統１に送電するが、夜間は直流電源５
を充電する必要があるので、電力系統１から有効電力が
受け取れるように、すなわち電力系統１から電力変換器
側に向かって有効電流となるようなスイッチ電流指令と
する。発電設備１６と協調運転している場合は、発電設
備１６の発電電力と負荷２の消費電力がバランスしてお
り、電力系統１からの電力の授受は必要ないので零電流
指令を出力する。スイッチ電流制御回路１８は入力され
たスイッチ電流指令に連系スイッチ３のスイッチ電流が
一致するように制御するので、スイッチ電流が系統連系
運転時の目的にかなうように制御される。

【００２１】電力系統１に電圧異常が発生した場合、上
述したように、系統電圧異常検出器１２にて電圧異常が
検出され、連系スイッチ制御回路１３は連系スイッチ３
に開放指令を与え、これにより連系スイッチ３は、開放
または遮断動作を開始する。このときスイッチ電流指令
作成手段１９は、系統電圧異常検出を受けて、切替スイ
ッチ２５ａの入力信号を固定値設定器２７ａの出力に切
り替えて連系スイッチ３の遮断を促進するスイッチ電流
指令をスイッチ電流制御回路１８に与える。固定値設定
器２７ａの設定値は零とする。連系スイッチ３は、自己
消弧機能のない半導体素子あるいは機械式スイッチ等で
構成されているため、開放もしくは遮断動作を開始して
も、系統連系スイッチ電流が零になるまで通電し続ける
が、スイッチ電流制御回路１８は入力されたスイッチ電
流指令（指令値零）に連系スイッチ３のスイッチ電流が
一致するように制御するのでスイッチ電流が速やかに遮
断する。なお、スイッチ電流検出器１４の検出電流に直
流オフセットが含まれる場合は、固定値設定器２７ａの
設定値を上記直流オフセットに相当する値とすればよ
い。

【００２２】連系スイッチ３のスイッチ電流を遮断する
動作を図４を用いて説明する。図４（ａ）はスイッチ電
流検出器１４の検出電流に直流オフセットが含まれない
場合で、固定値設定器２７ａの設定値として零を設定す
る。スイッチ電流検出器１４の出力はスイッチ電流と一
致しており、切替スイッチ２５ａが連系運転時電流指令
作成手段２６の出力を選択している状態では、スイッチ
電流指令となる連系運転時電流指令に従ってスイッチ電
流は制御される。系統電圧異常が発生し切替スイッチ２
５ａが固定値設定器２７ａの出力を選択すると、固定値
設定器２７ａの設定値は零なので、スイッチ電流指令も
零になる。スイッチ電流はスイッチ電流制御回路１８に
よってスイッチ電流指令に一致するように制御されるの
で、零となり、連系スイッチ３は遮断し電力系統１の切
り離しが完了する。図４（ｂ）はスイッチ電流検出器１
４の検出電流に直流オフセットが含まれる場合で、固定
値設定器２７ａはスイッチ電流検出器１４のオフセット
に見合う値を設定値とする。実際のスイッチ電流とスイ
ッチ電流検出器１４の出力には定常偏差が存在する。系
統電圧異常が発生し切替スイッチ２５ａが固定値設定器
２７ａの出力を選択し、スイッチ電流検出器１４の出力
がスイッチ電流指令に一致すると実際のスイッチ電流は
零になって連系スイッチ３の遮断が完了する。

【００２３】このように、この実施の形態では、スイッ
チ電流指令作成手段１９とスイッチ電流制御回路１８と
を備えて、連系スイッチ３を流れるスイッチ電流に対し
て指令を作成し該指令にフィードバック制御により追従
するように電力変換器４の出力電流指令を演算するた
め、スイッチ電流が信頼性良く速やかに指令に追従する
ように制御される。電力系統１の電圧異常時には、連系
スイッチ３に開放指令を与えると共に、スイッチ電流指
令を指令値零としてフィードバック制御することで、速
やかにスイッチ電流を零に収束させることができる。こ
のため、自己消弧機能のない半導体スイッチから成る連
系スイッチ３の場合にも、また例えば機械式スイッチで
構成された連系スイッチ３のアーク電流が完全に消滅せ
ず、再導通するような場合にも、スイッチ電流を零に追
従させるフィードバック制御は連続しているため、速や
かにスイッチ電流を零に収束させることができ、連系ス
イッチ３の高速遮断を確実に行える。また、負荷２なら
びに電力変換器４以外の構成要素、例えばフィルタコン
デンサ１５、発電設備１６が接続された場合にも、スイ
ッチ電流をスイッチ電流指令を指令値零として同様にフ
ィードバック制御することができ、確実な高速遮断が同
様に実現できる。

【００２４】実施の形態２．図５は、この発明の実施の
形態２による系統連系電力変換装置におけるスイッチ電
流作成手段１９の構成図である。なお、全体の装置構成
は、図１で示したものと同様である。スイッチ電流指令
作成手段１９は、系統連系運転時のスイッチ電流指令を
作成する連系運転時電流指令作成手段２６と、連系スイ
ッチ３の遮断を促進するスイッチ電流指令を出力する交
流信号発生器２８とを備えて、切替スイッチ２５ａによ
り切り替えて出力する。系統電圧異常検出を受けて、切
替スイッチ２５ａは交流信号発生器２８の信号を入力信
号として選択し、スイッチ電流指令として出力する。交
流信号発生器２８は交流信号を出力するので、スイッチ
電流指令も零点を横切る交流信号となり、いずれかの零
クロスで遮断が完了する。

【００２５】連系スイッチ３のスイッチ電流が遮断する
動作を図６を用いて説明する。図６はスイッチ電流検出
器１４の検出電流に直流オフセットが含まれる場合であ
り、スイッチ電流検出器１４の出力と実際のスイッチ電
流とは定常偏差が存在する。系統電圧異常が発生し、切
替スイッチ２５ａが交流信号発生器２８の出力を選択す
ると、スイッチ電流指令は零点を横切る交流信号とな
る。交流信号発生器２８から出力される交流信号は、系
統連系運転時のスイッチ電流よりも十分に周波数の高い
もので、しかもスイッチ電流検出器１４の出力のオフセ
ット最大値以上の振幅を持つように設定しておく。この
ように交流信号発生器２８の出力は零点を横切る正弦波
信号で、オフセット最大値以上の振幅を持つように設定
されているため、スイッチ電流は零点を迎え、連系スイ
ッチ３の遮断が完了する。

【００２６】この実施の形態では、スイッチ電流指令作
成手段１９に交流信号発生器２８を用いるため、スイッ
チ電流指令も零点を横切る交流信号となり、いずれかの
零クロスで遮断が完了する。最初の零クロスで遮断がで
きない場合も、指令に追従させるフィードバック制御は
連続しているため、上記実施の形態１と同様に、速やか
にスイッチ電流を零に収束させることができ、連系スイ
ッチ３の高速遮断を確実に行える。また、負荷２ならび
に電力変換器４以外の構成要素、例えばフィルタコンデ
ンサ１５、発電設備１６が接続された場合にも、スイッ
チ電流をスイッチ電流指令に追従させるフィードバック
制御を同様に行うことができ、確実な高速遮断が同様に
実現できる。さらに、この実施の形態では、スイッチ電
流検出器１４の出力に直流オフセットが含まれていて
も、交流信号発生器２８の発生する交流信号の振幅を直
流オフセット最大値以上に設定しておけば、直流オフセ
ットを予め計測して補正値として与える必要はなく、ま
た、時間と共にオフセットが変化してもオフセットの影
響を受けることなく、連系スイッチ３の遮断が可能であ
る。なお、一旦、連系スイッチ３の遮断が完了すると、
スイッチ電流指令が零以外に変化してもフィードバック
制御は成り立たない。

【００２７】実施の形態３．図７は、この発明の実施の
形態３による系統連系電力変換装置の構成図であり、こ
の場合のスイッチ電流指令手段の詳細を図８に示す。図
７に示すように、検出されたスイッチ電流はスイッチ電
流制御手段回路１８だけでなく、スイッチ電流指令作成
手段１９にも入力し、スイッチ電流指令作成手段１９で
は、入力されたスイッチ電流の検出値に応じて指令を作
成する。図８において、２９は入力されたスイッチ電流
検出値の符号を判定する符号判定器、２５ｂは符号判定
器の判定符号によって入力信号を切り替える切替スイッ
チ、２７ｂ、２７ｃは、スイッチ電流検出値の符号に応
じたスイッチ電流指令を与える固定値設定器で、固定値
設定器２７ｂは正の設定値、固定値設定器２７ｃは負の
設定値を出力する。

【００２８】連系スイッチ３のスイッチ電流が遮断する
動作を図９に基づいて以下に説明する。系統電圧異常が
発生して切替スイッチ２５ａが切り替え動作を行うまで
は、上述した上記実施の形態１、２の場合と同様であ
る。系統電圧異常が発生すると、切替スイッチ２５ａが
入力信号を切り替えるが、符号判定器２９がスイッチ電
流の極性を判定して切替スイッチ２５ｂで固定値設定器
２７ｂもしくは固定値設定器２７ｃのいずれかを選択す
る。この場合、符号判定器２９が判定するスイッチ電流
の符号は、図７において電力系統１側に電流が流出する
向きを正として正符号とする。切替スイッチ２５ｂはス
イッチ電流指令として負の設定値である固定値設定器２
７ｃの出力信号を選択する。即ち、連系スイッチ３を介
して電力系統１側に電流が流出していることを検出し
て、スイッチ電流指令として負の電流指令を与えるた
め、スイッチ電流の極性は反転し、零クロスを作ること
ができる。

【００２９】通常、これによりスイッチ電流は零クロス
を迎えて連系スイッチ３の遮断が完了するが、図９で
は、連系スイッチ３が最初の電流零点で遮断完了しない
場合を示す。即ち、万一連系スイッチ３が最初の電流零
点で遮断完了しなければスイッチ電流が負の値になるの
で、切り替えスイッチ２５ｂが固定値設定器２７ｂを選
択し、スイッチ電流指令は正の固定値となる。スイッチ
電流指令作成手段１９は連系スイッチ３の遮断が完了す
るまでスイッチ電流指令の符号を検出したスイッチ電流
の符号に応じて反転させるため、その度に電流零点を発
生させ、連系スイッチ３の遮断を確実に完了させる。

【００３０】上述したようにこの実施の形態では、系統
電圧異常が発生すると、スイッチ電流作成手段１９にお
いて、検出したスイッチ電流の極性と逆極性のスイッチ
電流指令を出力し、この指令に追従させるようにスイッ
チ電流をフィードバック制御するため、スイッチ電流は
零クロスを迎えて連系スイッチ３の遮断が完了する。ま
た、例えば連系スイッチ３に機械式スイッチが適用さ
れ、一度の零クロスで遮断が完了出来なかった場合で
も、その時点のスイッチ電流の極性を検出してその逆極
性のスイッチ電流指令を用い、該指令に追従させるフィ
ードバック制御を連続して行っているため、自動的に再
度零クロスを作るように動作して速やかにスイッチ電流
を零に収束させることができる。このように、万一の遮
断失敗時にも確実に遮断を完了させることができ、連系
スイッチ３の高速遮断を確実に行える。さらに、負荷２
ならびに電力変換器４以外の構成要素、例えばフィルタ
コンデンサ１５、発電設備１６が接続された場合にも、
スイッチ電流をスイッチ電流指令に追従させるフィード
バック制御を同様に行うことができ、確実な高速遮断が
同様に実現できる。

【００３１】なお、固定値設定器２７ｂ、２７ｃの設定
値は、正、負の適当な値を与えておけば、スイッチ電流
は零クロスを迎えて連系スイッチ３の遮断が完了する
が、図１０に示す様に、検出したスイッチ電流を負の設
定値を設定した比例器２１ｂにて比例倍した値をスイッ
チ電流指令としてスイッチ電流指令作成手段１９から出
力しても良い。また、急峻な電流変化率を避けたい場合
は、検出したスイッチ電流の極性を反転させた後、遅れ
フィルタや、ランプにて変化率を緩和させてスイッチ電
流指令を作成するようにしても良い。

【００３２】実施の形態４．図１１は、この発明の実施
の形態４による系統連系電力変換装置の構成図である。
上記実施の形態１では、検出したスイッチ電流をスイッ
チ電流制御回路１８に入力したが、この実施の形態で
は、スイッチ電流の代わりに、発電設備電流、負荷電流
およびフィルタコンデンサ電流をスイッチ電流制御回路
１８に入力する。図１１に示すように、発電設備電流検
出器３０、負荷電流検出器３１、フィルタコンデンサ電
流検出器３２を備えて、発電設備電流、負荷電流および
フィルタコンデンサ電流をそれぞれ検出し、これらの検
出電流をスイッチ電流制御回路１８に入力する。また、
スイッチ電流制御回路１８を図１２に示すように構成
し、発電設備電流検出器３０、負荷電流検出器３１およ
びフィルタコンデンサ電流検出器３２のそれぞれの検出
電流を、減算器２０ｂを用いてスイッチ電流指令から減
算することによって変換器電流指令を求める。

【００３３】図１１に示すように、スイッチ電流ＩＢ、
電力変換器電流ＩＡ、フィルタコンデンサ電流ＩＣ、負
荷電流ＩＬ、発電設備電流ＩＳの電流をそれぞれ矢印の
向きとした場合、 ＩＢ＝ＩＳ＋ＩＬ＋ＩＣ＋ＩＡ となる。これにより、 ＩＡ＝ＩＢ−ＩＳ−ＩＬ−ＩＣ となる。このため、上述したように発電設備電流検出器
３０、負荷電流検出器３１およびフィルタコンデンサ電
流検出器３２のそれぞれの検出電流ＩＳ、ＩＬ、ＩＣ
を、スイッチ電流指令から減算することによって変換器
電流指令を求めると、スイッチ電流ＩＢをスイッチ電流
指令に一致させるような変換器電流指令が作成できる。
また、フィルタコンデンサ電流ＩＣ、負荷電流ＩＬ、発
電設備電流ＩＳを用いて変換器電流指令を作成している
ため、それらの変動の影響で制御の信頼性が劣化するこ
とが抑制できる。

【００３４】なお、発電設備電流ＩＳ、負荷電流ＩＬ、
フィルタコンデンサ電流ＩＣは、直接の検出が困難な場
合、図１３に示すように、発電設備電圧検出器３３、負
荷電圧検出器１０、フィルタコンデンサ電圧検出器３４
を備えて各電圧を検出し、電流算出手段３５ａ、３５
ｂ、３５ｃを用いて、それぞれの電流ＩＳ、ＩＬ、ＩＣ
の値を算出しても良く、上記実施の形態４と同様の効果
が得られる。この場合、インピーダンス特性をＺ、検出
電圧をＶ、電流値をＩとして、 Ｉ＝Ｖ／Ｚ により各電流値ＩＳ、ＩＬ、ＩＣを算出できる。

【００３５】実施の形態５．図１４は、この発明の実施
の形態５による系統連系電力変換装置の構成図である。
図１４に示すように、上記実施の形態１におけるスイッ
チ電流制御回路１８と変換器電流制御回路１７との間
に、フィルタコンデンサ電力を制御するフィルタコンデ
ンサ電圧制御回路３６を備える。フィルタコンデンサ電
圧制御回路３６では、フィルタコンデンサ電圧検出器３
４の検出したフィルタコンデンサ電圧をスイッチ電流制
御回路１８から出力されるフィルタコンデンサ電圧指令
に追従するように、電力変換器４の出力すべき電流を決
定して変換器電流指令を出力する。フィルタコンデンサ
電圧制御回路３６は、フィルタコンデンサ電圧検出器３
４の検出したフィルタコンデンサ電圧をフィルタコンデ
ンサ電圧指令に追従させるように制御するため、変換器
電流制御回路１７と同様に、フィルタコンデンサ電圧指
令とフィルタコンデンサ電圧の偏差を求め、比例器、微
分器、積分器を用いてフィードバック制御とすればよ
い。スイッチ電流指令作成手段１９は上記実施の形態１
と同様にスイッチ電流指令を出力し、スイッチ電流制御
回路１８はスイッチ電流がスイッチ電流指令に一致する
ようにフィルタコンデンサ電圧指令をフィルタコンデン
サ電圧制御回路３６に対して出力する。なお、フィルタ
コンデンサ電圧制御回路３６は、フィルタコンデンサ電
圧をフィルタコンデンサ電圧指令に一致するように制御
し、フィルタコンデンサ電圧制御手段となるものである
が、このフィルタコンデンサ電圧制御手段は、ＤＳＰ、
ＣＰＵ等のソフトウェアにて構成してもよく、同様の処
理を実行できる。

【００３６】これにより、電力系統１に電圧異常がない
場合、スイッチ電流は電力変換器４の運転目的に応じて
制御され、電力系統１に電圧異常が発生すると、実施の
形態１と同様にスイッチ電流は確実に速やかに遮断し、
連系スイッチ３の遮断が完了する。また、電力系統１に
電圧異常が発生し、連系スイッチ３を開放して電力系統
１と負荷２とを切り離した後、通常、電力変換器４で電
圧制御を行い負荷に連続的に電力を供給することが要求
されるが、この実施の形態では、常時より電圧制御を用
いて運転されているので、速やかに安定した電圧制御に
移行することが可能である。

【００３７】なお、この実施の形態では電力系統１が正
常時にもフィルタコンデンサ電圧指令をスイッチ電流制
御回路１８の出力として、スイッチ電流を制御している
が、電力変換器４の運転目的によっては固定のフィルタ
コンデンサ電圧指令を与え、系統電圧異常発生時にスイ
ッチ電流制御回路１８からの出力に切り替えても良い。
また、フィルタコンデンサ１５を備えていない場合は、
電力変換器４の出力側の電圧を検出して該電圧を制御す
る電圧制御回路を備えても良い。

【００３８】実施の形態６．図１５は、この発明の実施
の形態６による系統連系電力変換装置の構成図である。
図１５に示すように、上記実施の形態１におけるスイッ
チ電流制御回路１８と変換器電流制御回路１７との間
に、連系電力を制御する連系電力制御回路３８を備え
る。連系電力制御回路３８では、電力系統１と電力変換
器４との連系点より系統電源側に備えた連系電力検出器
３７により検出された連系電力を、スイッチ電流制御回
路１８から出力される連系電力指令に追従するように、
電力変換器４の出力すべき電流を決定して変換器電流指
令を出力する。連系電力制御回路３８は、連系電力検出
器３７の検出した連系電力を連系電力指令に追従させる
ように制御するため、変換器電流制御回路１７と同様
に、連系電力指令と連系電力との偏差を求め、比例器、
微分器、積分器を用いてフィードバック制御とすればよ
い。スイッチ電流指令作成手段１９は上記実施の形態１
と同様にスイッチ電流指令を出力し、スイッチ電流制御
回路１８はスイッチ電流がスイッチ電流指令に一致する
ように連系電力指令を連系電力制御回路３８に対して出
力する。なお、連系電力制御回路３８は、連系電力を連
系電力指令に一致するように制御し、連系電力制御手段
となるものであるが、この連系電力制御手段は、ＤＳ
Ｐ、ＣＰＵ等のソフトウェアにて構成してもよく、同様
の処理を実行できる。

【００３９】これにより、電力系統１に電圧異常がない
場合、スイッチ電流は電力変換器４の運転目的に応じて
制御され、電力系統１に電圧異常が発生すると、実施の
形態１と同様にスイッチ電流は確実に速やかに遮断し、
連系スイッチ３の遮断が完了する。また、電力変換器４
が負荷平準化の目的で利用される場合、電力系統１との
連系電力の制御が要求される場合があるが、この実施の
形態では連系電力制御回路３８を備えているため連系電
力制御が可能である。例えば、昼夜の負荷平準化の目的
で連系運転されている場合、夜間は一定電力で直流電源
５に電力を貯蔵するとともに、昼間は直流電源５から電
力系統１に送電することによる負荷２の平準化が図れ
る。あるいは、発電設備１６の発電電力と負荷２の消費
電力とのバランスに応じて、連系電力が一定となるよう
に制御して運転できる。

【００４０】なお、この場合も、電力変換器４の運転目
的によっては固定の連系電力指令もしくは発電設備１６
と協調した連系電力指令を与え、系統電圧異常発生時に
スイッチ電流制御回路１８からの出力に連系電力指令を
切り替えても良い。

【００４１】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る請求項１記
載の系統連系電力変換装置は、系統電源と負荷とを連系
スイッチを介して接続し、上記連系スイッチの上記負荷
側に電力変換器を介して第２の電源を接続して、該第２
の電源を上記系統電源に連系させた装置構成であって、
上記系統電源の正常時には上記連系スイッチを閉とし、
上記系統電源の電圧異常を検出して上記連系スイッチに
開放指令を与えて該連系スイッチの開閉を制御する連系
スイッチ制御手段と、該連系スイッチにおける開閉制御
状態に応じてスイッチ電流指令を出力するスイッチ電流
指令作成手段と、上記スイッチ電流指令に追従するよう
にスイッチ電流を制御する信号を出力するスイッチ電流
制御手段と、該スイッチ電流制御手段からの制御信号を
電流指令として上記電力変換器の出力電流を制御する変
換器制御手段とを備えたため、スイッチ電流が信頼性良
く速やかに指令に追従するように制御でき、系統電源の
電圧異常時に、速やかにスイッチ電流が零に収束できて
連系スイッチの高速遮断を確実に行える。

【００４２】またこの発明に係る請求項２記載の系統連
系電力変換装置は、請求項１において、上記電力変換器
出力側の電圧を制御する電圧制御手段を、上記スイッチ
電流制御手段と上記変換器制御手段との間に備え、該ス
イッチ電流制御手段からの出力を電圧指令として上記電
圧制御手段が動作し、該電圧制御手段の出力を上記電流
指令として上記変換器制御手段が上記電力変換器の出力
電流を制御するため、スイッチ電流が信頼性良く速やか
に指令に追従するように制御でき、系統電源の電圧異常
時に連系スイッチの高速遮断を確実に行えると共に、連
系スイッチの遮断後に速やかに安定した電圧制御に移行
することが可能である。

【００４３】またこの発明に係る請求項３記載の系統連
系電力変換装置は、請求項１において、上記第２の電源
と上記系統電源との連系点より該系統電源側の連系電力
を制御する連系電力制御手段を、上記スイッチ電流制御
手段と上記変換器制御手段との間に備え、該スイッチ電
流制御手段からの出力を連系電力指令として上記連系電
力制御手段が動作し、該連系電力制御手段の出力を上記
電流指令として上記変換器制御手段が上記電力変換器の
出力電流を制御するため、連系電力が制御できると共
に、スイッチ電流が信頼性良く速やかに指令に追従する
ように制御でき、系統電源の電圧異常時に連系スイッチ
の高速遮断を確実に行える。

【００４４】またこの発明に係る請求項４記載の系統連
系電力変換装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、
上記系統電源の電圧異常が検出されると、上記連系スイ
ッチ制御手段により上記連系スイッチに開放指令を与え
るとともに、上記スイッチ電流指令作成手段からの上記
スイッチ電流指令を指令値零として該スイッチ電流の遮
断を促進させるため、系統電源の電圧異常時に連系スイ
ッチの遮断がさらに高速で確実に行える。

【００４５】またこの発明に係る請求項５記載の系統連
系電力変換装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、
上記系統電源の電圧異常が検出されると、上記連系スイ
ッチ制御手段により上記連系スイッチに開放指令を与え
るとともに、上記スイッチ電流指令作成手段からの上記
スイッチ電流指令を周期的に極性が変化する電流指令と
して該スイッチ電流の遮断を促進させるため、系統電源
の電圧異常時にスイッチ電流の遮断が効果的に促進で
き、連系スイッチの遮断がさらに高速で確実に行える。

【００４６】またこの発明に係る請求項６記載の系統連
系電力変換装置は、請求項５において、系統電源が交流
電源の場合、上記系統電源の電圧異常が検出されたとき
に上記スイッチ電流指令作成手段から出力される周期的
に極性が変化する上記スイッチ電流指令は、上記電圧異
常検出以前のスイッチ電流よりも周波数の高い交流電流
指令であるため、系統電源の電圧異常時にスイッチ電流
の遮断が効果的に促進できるスイッチ電流指令を用いた
制御が行える。

【００４７】またこの発明に係る請求項７記載の系統連
系電力変換装置は、請求項５において、上記系統電源の
電圧異常が検出されたときに上記スイッチ電流指令作成
手段から出力される周期的に極性が変化する上記スイッ
チ電流指令は、検出したスイッチ電流の極性と逆極性の
電流指令であるため、系統電源の電圧異常時にスイッチ
電流の遮断が効果的に促進できるスイッチ電流指令を用
いた制御が行える。

【００４８】またこの発明に係る請求項８記載の系統連
系電力変換装置は、請求項１〜７のいずれかにおいて、
上記電力変換器出力側に上記電力変換器と並列にフィル
タコンデンサを接続したため、フィルタコンデンサを接
続した場合も、スイッチ電流が信頼性良く速やかに指令
に追従するように制御でき、系統電源の電圧異常時に、
速やかにスイッチ電流が零に収束できて連系スイッチの
高速遮断を確実に行える。

【００４９】またこの発明に係る請求項９記載の系統連
系電力変換装置は、請求項１〜８のいずれかにおいて、
エネルギを蓄積あるいは供給する手段を、上記第２の電
源と上記系統電源との連系点に接続したため、エネルギ
を蓄積あるいは供給する手段を接続した場合も、スイッ
チ電流が信頼性良く速やかに指令に追従するように制御
でき、系統電源の電圧異常時に、速やかにスイッチ電流
が零に収束できて連系スイッチの高速遮断を確実に行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による系統連系電力
変換装置の構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による変換器電流制
御回路の構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態１によるスイッチ電流
指令作成手段の構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による系統連系電力
変換装置の動作を説明する図である。

【図５】 この発明の実施の形態２によるスイッチ電流
指令作成手段の構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態２による系統連系電力
変換装置の動作を説明する図である。

【図７】 この発明の実施の形態３による系統連系電力
変換装置の構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態３によるスイッチ電流
指令作成手段の構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態３による系統連系電力
変換装置の動作を説明する図である。

【図１０】 この発明の実施の形態３の別例によるスイ
ッチ電流指令作成手段の構成図である。

【図１１】 この発明の実施の形態４による系統連系電
力変換装置の構成図である。

【図１２】 この発明の実施の形態４によるスイッチ電
流制御回路の構成図である。

【図１３】 この発明の実施の形態４の別例による系統
連系電力変換装置の構成図である。

【図１４】 この発明の実施の形態５による系統連系電
力変換装置の構成図である。

【図１５】 この発明の実施の形態６による系統連系電
力変換装置の構成図である。

【図１６】 従来の系統連系電力変換装置の構成図であ
る。

【図１７】 従来の別例による系統連系電力変換装置の
構成図である。

【図１８】 従来の系統連系電力変換装置の問題点を説
明する図である。

【符号の説明】

１ 電力系統、２ 負荷、３ 連系スイッチ、４ 電力
変換器、５ 第２の電源としての直流電源、６ 変換器
電流検出器、１２ 系統電圧異常検出器、１３ 連系ス
イッチ制御回路、１４ スイッチ電流検出器、１５ フ
ィルタコンデンサ、１６ エネルギを蓄積あるいは供給
する手段としての発電設備、１７ 変換器電流制御回
路、１８ スイッチ電流制御回路、１９ スイッチ電流
指令作成手段、２５ａ 切替スイッチ、２６ 連系運転
時電流指令作成手段、２８ 交流信号発生器、２９ 符
号判定器、３４ フィルタコンデンサ電圧検出器、３６
フィルタコンデンサ電圧制御回路、３７ 連系電力検
出器、３８ 連系電力制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G066 HA06 HB05 5H007 CB02 CC03 CC09 DA05 DB01 DC02 DC04 DC05 FA01 FA02 FA13 FA14 FA19

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統電源と負荷とを連系スイッチを介し
   て接続し、上記連系スイッチの上記負荷側に電力変換器
   を介して第２の電源を接続して、該第２の電源を上記系
   統電源に連系させた系統連系電力変換装置において、上
   記系統電源の正常時には上記連系スイッチを閉とし、上
   記系統電源の電圧異常を検出して上記連系スイッチに開
   放指令を与えて該連系スイッチの開閉を制御する連系ス
   イッチ制御手段と、該連系スイッチにおける開閉制御状
   態に応じてスイッチ電流指令を出力するスイッチ電流指
   令作成手段と、上記スイッチ電流指令に追従するように
   上記連系スイッチの通電電流（以下、スイッチ電流と称
   す）を制御する信号を出力するスイッチ電流制御手段
   と、該スイッチ電流制御手段からの制御信号を電流指令
   として上記電力変換器の出力電流を制御する変換器制御
   手段とを備えたことを特徴とする系統連系電力変換装
   置。
2. 【請求項２】 上記電力変換器出力側の電圧を制御する
   電圧制御手段を、上記スイッチ電流制御手段と上記変換
   器制御手段との間に備え、該スイッチ電流制御手段から
   の出力を電圧指令として上記電圧制御手段が動作し、該
   電圧制御手段の出力を上記電流指令として上記変換器制
   御手段が上記電力変換器の出力電流を制御することを特
   徴とする請求項１記載の系統連系電力変換装置。
3. 【請求項３】 上記第２の電源と上記系統電源との連系
   点より該系統電源側の連系電力を制御する連系電力制御
   手段を、上記スイッチ電流制御手段と上記変換器制御手
   段との間に備え、該スイッチ電流制御手段からの出力を
   連系電力指令として上記連系電力制御手段が動作し、該
   連系電力制御手段の出力を上記電流指令として上記変換
   器制御手段が上記電力変換器の出力電流を制御すること
   を特徴とする請求項１記載の系統連系電力変換装置。
4. 【請求項４】 上記系統電源の電圧異常が検出される
   と、上記連系スイッチ制御手段により上記連系スイッチ
   に開放指令を与えるとともに、上記スイッチ電流指令作
   成手段からの上記スイッチ電流指令を指令値零として該
   スイッチ電流の遮断を促進させ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電力変換装置。
5. 【請求項５】 上記系統電源の電圧異常が検出される
   と、上記連系スイッチ制御手段により上記連系スイッチ
   に開放指令を与えるとともに、上記スイッチ電流指令作
   成手段からの上記スイッチ電流指令を周期的に極性が変
   化する電流指令として該スイッチ電流の遮断を促進させ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の系
   統連系電力変換装置。
6. 【請求項６】 系統電源が交流電源の場合、上記系統電
   源の電圧異常が検出されたときに上記スイッチ電流指令
   作成手段から出力される周期的に極性が変化する上記ス
   イッチ電流指令は、上記電圧異常検出以前のスイッチ電
   流よりも周波数の高い交流電流指令であることを特徴と
   する請求項５記載の系統連系電力変換装置。
7. 【請求項７】 上記系統電源の電圧異常が検出されたと
   きに上記スイッチ電流指令作成手段から出力される周期
   的に極性が変化する上記スイッチ電流指令は、検出した
   スイッチ電流の極性と逆極性の電流指令であることを特
   徴とする請求項５記載の系統連系電力変換装置。
8. 【請求項８】 上記電力変換器出力側に上記電力変換器
   と並列にフィルタコンデンサを接続したことを特徴とす
   る請求項１〜７のいずれかに記載の系統連系電力変換装
   置。
9. 【請求項９】 エネルギを蓄積あるいは供給する手段
   を、上記第２の電源と上記系統電源との連系点に接続し
   たことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の系
   統連系電力変換装置。