JP2004173388A

JP2004173388A - 系統連係システム

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Publication number: JP2004173388A
Application number: JP2002334877A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Nishida; 健彦西田; Yuichi Fujioka; 祐一藤岡; Tsutomu Hashimoto; 勉橋本; Hidehiko Tajima; 英彦田島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP3740118B2

Abstract

【課題】複数台のインバータを並列運転するときに、マスタインバータの切換えを簡易な構成で実現することができる系統連係システムを実現する。
【解決手段】インバータ２−１〜３は、固有の通信アドレスを有し、該通信アドレスにより他のインバータとの間でデータを送受信し、自インバータの自己診断結果を他のインバータへ送信し、データ受信に基づいて自インバータが最も上位の正常なインバータであった場合に、他のインバータを制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のインバータにより直流電力を電力系統に応じた交流電力に変換して出力する系統連係システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の系統連係システムは、複数台のインバータを並列接続し、これらインバータにより、直流電力を商用電力ネットワーク等の電力系統に応じた交流電力に変換して該電力系統へ出力する。そして、少なくとも２台のインバータを運転するときに、いずれか１台のインバータを発電電力の変化に応じて出力電力が変化するように運転するとともに、他のインバータを定格運転させる制御手段を備えている（例えば、特許文献１参照）。交流電力に変換する元の直流電力は、例えば、太陽電池等の発電装置によって発電されたものが供給される。あるいは、双方向インバータを使用して充放電する二次電池から供給されるものもある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３０５６３４号公報（第３−７頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の系統連係システムでは、電力系統が停電したときに、各インバータの出力電力を制御するインバータ（以下、マスタインバータと称する）を選択することが考慮されていない場合は、安定した電力供給を行うことができないという問題がある。停電時以外にも、系統連系して並列運転する各インバータの出力分担をマスタインバータが決めるマスタ・スレーブ運転時には、同様に電力供給が不安定になる虞がある。
【０００５】
また、マスタインバータの切換えを制御する制御手段を設ける場合、全てのインバータの運転情報（出力電力や異常情報等）を収集し、これら情報内容に基づきマスタインバータを選択してこれを指示し、さらにマスタ以外のインバータを、マスタインバータの制御に従うスレーブインバータとする指示を出すこととなり、その構成が複雑になる。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数台のインバータを並列運転するときに、マスタインバータの切換えを簡易な構成で実現することができる系統連係システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数台のインバータを並列接続し、前記インバータにより、直流電源から供給された電力を電力系統に応じた電力に変換して出力する系統連係システムにおいて、前記インバータは、固有の通信アドレスを有し、該通信アドレスにより他のインバータとの間でデータを送受信するデータ通信手段と、自インバータを診断し、該診断結果を前記データ通信手段により他のインバータへ送信する自己診断手段と、前記データ通信手段によるデータ受信に基づいて自インバータが最も上位の正常なインバータであった場合に、他のインバータを制御する制御手段とを具備することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の系統連係システムにおいて、前記制御手段は、自インバータの通信アドレスより値の小さい通信アドレスのインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の系統連係システムにおいて、前記制御手段は、自インバータの通信アドレスより値の大きい通信アドレスのインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の系統連係システムにおいて、前記インバータは、自インバータのインバータ情報（例えば電力系統へのインバータ出力電力値）を前記データ通信手段により他のインバータへ送信する情報提供手段を備え、前記制御手段は、自インバータのインバータ情報よりも優れているインバータ情報を有するインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断することを特徴とする。例えば、インバータから電力系統へ出力する電力が最も大きいインバータをマスタインバータに選択する。
【００１１】
請求項５に記載の系統連係システムにおいて、前記インバータは、自インバータに電力を供給している前記直流電源の直流電源情報（例えば二次電池の電池残容量値）を前記データ通信手段により他のインバータへ送信する情報提供手段を備え、前記制御手段は、自インバータの直流電源の直流電源情報よりも優れている直流電源情報を有する直流電源から電力の供給を受けているインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断することを特徴とする。例えば、二次電池の電池残容量が最も多いインバータをマスタインバータに選択する。
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、複数台のインバータを並列接続し、前記インバータにより、直流電源から供給された電力を電力系統に応じた電力に変換して出力する系統連係システムにおいて、前記インバータは、自インバータを診断する自己診断手段と、入力信号に前記診断結果を反映させて出力し、前記入力信号に基づいて自インバータが最も上位の正常なインバータであった場合に、他のインバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段から出力される前記診断結果が反映された出力信号を、各インバータ間でカスケード接続して後段のインバータの前記入力信号とすることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による系統連係システムの構成を示すブロック図である。この図１においては、インバータの並列接続台数を、一例として３台にしている。３台のインバータ２−１〜３（特に区別しないときは「インバータ２」と称する）は並列接続され、それぞれの出力が電力系統１０（例えば商用電力ネットワーク）に接続されている。また、各インバータ２−１〜３には二次電池４がそれぞれ接続されている。各二次電池４は、各インバータ２−１〜３へ直流電力を供給する。
【００１４】
各二次電池４は、太陽電池等の発電装置（図示せず）から直流電力の供給を受けて充電される。あるいは、インバータ２として、二次電池の充電時にはインバータの電力の流れを放電時とは逆方向に制御する双方向インバータを使用し、これにより商用電力系統から充電電力を取得して二次電池を充電するようにしてもよい。
【００１５】
各インバータ２−１〜３は、通信ネットワーク６にそれぞれ接続されている。管理装置８は、系統連係システムの管理を行う装置であり、通信ネットワーク６に接続されている。各インバータ２−１〜３と管理装置８は、通信ネットワーク６を介して相互にデータ通信を行うことができる。
【００１６】
図２は、図１に示すインバータ２の構成を示すブロック図である。図２において、インバータ２は、インバータ回路２２と監視部２４，２６と制御部２８を備える。インバータ回路２２は、二次電池４から入力される直流電力Ａを交流電力Ｂに変換して出力する。交流電力Ｂは電力系統１０へ供給される。インバータ回路２２は、制御部２８からなされる電圧及び周波数の制御に従って、直流電力Ａを交流電力Ｂへ変換する。
【００１７】
監視部２４は、二次電池４からインバータ回路２２へ入力される直流電力Ａの電圧及び電流と、二次電池４の温度を監視し、これら監視結果を制御部２８へ通知する。
監視部２６は、インバータ回路２２から出力される交流電力Ｂの電圧及び電流と、インバータ回路２２の温度を監視し、これら監視結果を制御部２８へ通知する。
【００１８】
制御部２８は、通信ネットワーク６に接続されており、通信ネットワーク６を介して通信データＣを送受する。各インバータ２−１〜３には、それぞれ固有の通信アドレスが予め設定されている。この通信アドレスに基づいて、各インバータ２−１〜３は通信ネットワーク６を介して相互に通信データを送受することができる。
また、制御部２８は、監視部２４及び２６から通知される監視結果に基づいて自インバータ２の自己診断を行う。さらに、ＷＤＴ（ウォッチドッグタイマ）によるＣＰＵの暴走検知等の制御部２８自身の自己診断を行う。
【００１９】
制御部２８は、定周期で自インバータ２の運転情報を他のインバータ２へ送信する。そして、他のインバータ２からそれぞれの運転情報を受信する。運転情報には、自インバータ２から電力系統１０へ出力する電力の情報、自インバータ２に接続されている二次電池４の電池残容量の情報、各種自己診断により検出した異常（電圧異常、電流異常、温度異常など）の情報などが含まれる。
【００２０】
また、制御部２８は、電力系統１０の状態を監視し（この監視手段は図示せず）、電力系統１０が正常に運用されているときはマスタインバータが決めた出力分担に従ってインバータ回路２２を制御する。一方、停電等により、電力系統１０が正常に運用されていないときは、マスタインバータが決めた出力分担に従い、マスタインバータの出力電圧と周波数に自分の出力電圧と周波数を合わせるように、インバータ回路２２を制御する。なお、マスタインバータの選択方法については後述する。
【００２１】
図３は、制御部２８が送受する通信データＣの構成を示す図である。図３に示すように、通信データＣは送信元アドレスと宛先アドレスとデータ種別とデータとから構成される。送信元アドレスには、自インバータ２の通信アドレスが設定される。宛先アドレスには、送信先のインバータ２の通信アドレス、あるいは放送形式で送信するための専用アドレスが設定される。データ種別には、データの種別を示す識別子が設定される。データ種別としては、上記運転情報の各情報（出力電力情報、電池残容量情報、異常情報等）とインバータの管理情報などがある。インバータの管理情報は、マスタインバータがスレーブインバータに送信する情報であり、該管理情報としては各スレーブインバータに対する出力指令などがある。この出力指令によって、マスタインバータは、各スレーブインバータごとに電力系統１０へ出力する電力を指示する。
データには、データ種別で指定したデータが設定される。
【００２２】
次に、図４を参照して、図１の系統連係システムにおいてマスタインバータを選択する動作を説明する。図４は、図２に示す制御部２８が行う運転管理処理の流れを示すフローチャートである。
初めに、図１の各インバータ２−１〜３には、それぞれ固有の通信アドレスが予め設定される。ここでは、便宜上、インバータ２−１の通信アドレスは「１」、インバータ２−２の通信アドレスは「２」、インバータ２−３の通信アドレスは「３」、とする。
【００２３】
まず、系統連係システムの立ち上げ時において、各インバータ２−１〜３は、自己の通信アドレスの数字の大きさに依存する待ち時間経過後に、通信ネットワーク６に対してコネクションを確立し、データ通信が可能な状態にする。管理装置８は、このコネクション確立を監視し、最初にコネクションが確立されたインバータ２にマスタ指令を出し、当該インバータ２が最初のマスタインバータとなる。本実施例では、通信アドレスの値が最も小さいインバータ２−１が最初のマスタインバータになる。このマスタインバータ以外の他のインバータ２−２，３はスレーブインバータとなる。マスタインバータは、各スレーブインバータに対してそれぞれの管理情報を送信する。スレーブインバータは、受信した管理情報の内容に従って動作する。
なお、管理装置８は、最初のマスタインバータを選択するために用いられるが、本発明を実現するうえで必須構成となるものではない。管理装置８を具備せず、例えば、通信アドレスの値が一番小さいインバータ２−１に対して、予め最初のマスタインバータになるように初期設定してもよい。
【００２４】
以下、図４を参照して、マスタインバータの切換え動作を説明する。図４において、インバータ２は、自己以外の他のインバータ２の通信アドレスの一覧を取得する（ステップＳ１）。この通信アドレスの一覧は、通信ネットワーク６上の通信データＣをモニタすることによって取得することができる。
次いで、インバータ２は、運転情報または管理情報などのデータを通信ネットワーク６を介して送受信する（ステップＳ２）。次いで、インバータ２は、データ受信に基づいて、自己の通信アドレスより値の小さい通信アドレスのインバータ２の全てが異常であるか否かを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、現在までに、自己の通信アドレスより値の小さい通信アドレスのインバータ２の全てから異常情報を受信した場合、あるいは、自己の通信アドレスより値の小さい通信アドレスのインバータ２の全てから所定期間を超えてデータを受信しなかった場合に、判断結果をＹＥＳとする。
【００２５】
例えば、インバータ２−２は、自己の通信アドレスが「２」であるので、通信アドレスが「１」のインバータ２−１から異常情報を受信した場合、あるいはインバータ２−１から所定期間を超えてデータを受信しなかった場合に、ステップＳ３の判断結果をＹＥＳとする。インバータ２−３は、自己の通信アドレスが「３」であるので、通信アドレスが「１」のインバータ２−１と通信アドレスが「２」のインバータ２−２の双方から異常情報を受信した場合、あるいは双方から所定期間を超えてデータを受信しなかった場合に、ステップＳ３の判断結果をＹＥＳとする。
【００２６】
ステップＳ３の判断結果がＹＥＳの場合、インバータ２は、マスタインバータとなり、他のインバータ２へ管理情報を送信する（ステップＳ５）。なお、自己診断結果が異常であったインバータ２は自ら運転を停止し、マスタインバータにはならない。
一方、ステップＳ３またはＳ４の判断結果がＮＯであった場合にはステップＳ２へ戻る。
【００２７】
上述した実施形態によれば、データ通信により各インバータ間で自己診断結果を交換し、正常なインバータのうち、通信アドレス最小のインバータ（最も上位のインバータ）が自動的にマスタインバータとなる。これにより、マスタインバータの切換えを簡易な構成で実現することができる。
【００２８】
なお、上述した実施形態では、複数台の正常なインバータのうち、通信アドレスの値が最も小さいものをマスタインバータとしたが、通信アドレスの値が最も大きいものをマスタインバータに選択するようにしてもよい。
【００２９】
また、通信アドレスではなく、インバータ機能に係る情報（インバータ情報）を使用して、最も優れているインバータ情報を有するインバータを、最も上位のインバータとしてマスタインバータに選択するようにしてもよい。例えば、インバータから電力系統へ出力する電力が最も大きいインバータをマスタインバータに選択してもよい。
【００３０】
また、インバータに接続されている二次電池に係る情報（電池情報）に基づいてマスタインバータを選択するようにしてもよい。例えば、二次電池の電池残容量が最も多いインバータを、最も上位のインバータとしてマスタインバータに選択してもよい。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、直流電源として二次電池を備えたが、インバータで交流電力に変換する元の直流電力の供給元はこれに限定されない。例えば、太陽電池等の発電装置を直流電源とし、該発電装置から直接にインバータへ電力を供給するようにしてもよい。この場合、直流電源情報として発電量を使用し、該発電量が最も多い発電装置に接続されているインバータを、最も上位のインバータとしてマスタインバータに選択してもよい。
【００３２】
なお、上述した実施形態においては、制御部２８がデータ通信手段と情報提供手段と制御手段に対応する。また、監視部２４，２６と制御部２８が自己診断手段に対応する。
【００３３】
図５は、本発明の他の実施形態による系統連係システムの概略構成を示すブロック図である。この図５において図１及び図２の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図５に示す系統連係システムでは、インバータ２がオア回路３２を備えている。このオア回路３２の入力には、制御部２８が出力する正常信号Ｃ１と、入力端子Ｐ１から入力される入力信号Ｃ２が接続されている。オア回路３２の出力信号Ｃ３は出力端子Ｐ２に接続されている。制御部２８には入力端子Ｐ１から入力される入力信号Ｃ２が接続されている。
【００３４】
制御部２８は、監視部２４，２６の監視結果に基づいて自己診断を行い、この結果、正常と判断した場合に正常信号Ｃ１（論理１）を出力する。一方、異常と判断した場合には正常信号Ｃ１を出力しない（論理０出力と同等）。
また、制御部２８は、入力信号Ｃ２が論理０である場合に、自インバータ２がマスタインバータであると判断する。
【００３５】
図５に示すように、インバータ２−１の出力端子Ｐ２は、インバータ２−２の入力端子Ｐ１に接続されている。また、インバータ２−２の出力端子Ｐ２は、インバータ２−３の入力端子Ｐ１に接続されている。インバータ２−１の入力端子Ｐ１には、信号が未接続であり、この場合の論理は０となる。
これにより、インバータ２−１のオア回路３２の出力信号Ｃ３は、自インバータ２−１が異常である場合に論理０となる。また、インバータ２−２，３のオア回路３２の出力信号Ｃ３は、自インバータ２が異常であり、且つ、自インバータ２よりも上流のインバータ２の全てが異常である場合に、論理０となる。言い換えると、オア回路３２の出力信号Ｃ３は、その接続先のインバータ２よりも上流のインバータ２のうち、少なくとも一つが正常である場合に論理１となる。
【００３６】
このように、各インバータ２の正常出力を順次論理和しながらインバータ２間をカスケード接続するので、該カスケード接続された信号の入力値（入力信号Ｃ２の値）の論理１は、該カスケード接続された信号の接続先のインバータ２よりも上流に接続されているインバータ２のうち、少なくとも一つが正常であることを示す。したがって、各インバータ２の制御部２８は、入力信号Ｃ２の入力値の論理０により、自己よりも上流に接続されているインバータ２が全て異常であり、自インバータが最も上位の正常なインバータであることを知ることができる。そして、制御部２８は、入力信号Ｃ２の入力値が論理０、すなわち自インバータが最も上位の正常なインバータである場合に、自インバータ２がマスタインバータであると判断する。
【００３７】
次に、上記図５に示す系統連係システムにおいて、マスタインバータを選択する動作を説明する。
初めに、各インバータ２−１〜３の制御部２８は正常信号Ｃ１（論理１）を出力する。また、インバータ２−１は、入力信号Ｃ２が論理０なので、最初のマスタインバータとなる。この時点では、インバータ２−１が正常なので、インバータ２−２及び２−３の入力信号Ｃ２はともに論理１となり、インバータ２−２及び２−３はスレーブインバータとなる。
【００３８】
ここで、インバータ２−２，３のいずれかが異常となったとする。この場合、インバータ２−２，３はともにインバータ２−１よりも下流のインバータ２なので、マスタの変更は発生せず、インバータ２−１がマスタを継続する。
しかし、インバータ２−１が異常となった場合には、インバータ２−２の入力信号Ｃ２が論理０となり、インバータ２−２よりも上流のインバータ２が全て異常なので、インバータ２−２が正常であればマスタインバータとなる。このとき、インバータ２−３の入力信号Ｃ２は、上流のインバータ２−２が正常であり、論理１となるので、インバータ２−３はスレーブインバータとなる。
また、インバータ２−１及び２−２がともに異常となった場合には、インバータ２−３の入力信号Ｃ２が論理０となり、インバータ２−３よりも上流のインバータ２が全て異常なので、インバータ２−３が正常であればマスタインバータとなる。
【００３９】
上述した図５に示す実施形態によれば、各インバータがオア回路によって入力信号に自己診断結果を反映させて出力する。そして、該診断結果が反映された出力信号を、各インバータ間でカスケード接続して後段のインバータの入力信号とし、各インバータは、該入力信号に基づいて自インバータが最も上位の正常なインバータであった場合に、他のインバータを制御する。これにより、正常なインバータのうち、最も上位のインバータが自動的にマスタインバータとなるので、データ通信により各インバータ間で自己診断結果を交換する必要がなく、より簡易な構成でマスタインバータの切換えを実現することができる。
【００４０】
なお、図５に実施形態では、各インバータの正常出力を順次論理和しながらインバータ間をカスケード接続したが、各インバータ２−１〜３の制御部２８が異常時に信号Ｃ１（論理１）を出力し、インバータ２−１の入力端子Ｐ１は信号の未接続により論理１となるようにし、各インバータの異常出力を順次論理積しながらインバータ間をカスケード接続してもよい。この場合には該カスケード接続された信号の論理１は、該信号の接続先のインバータよりも上流に接続されているインバータが全て異常であることを示す。
【００４１】
なお、上述した図５に示す実施形態においては、制御部２８とオア回路３２が制御手段に対応する。また、監視部２４，２６と制御部２８が自己診断手段に対応する。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、データ通信により各インバータ間で自己診断結果を交換し、正常なインバータのうち、最も上位のインバータが自動的にマスタインバータとなるので、複数台のインバータを並列運転するときに、マスタインバータの切換えを簡易な構成で実現することができる。
【００４４】
また、請求項６に記載の発明によれば、データ通信により各インバータ間で自己診断結果を交換する必要がないので、より簡易な構成でマスタインバータの切換えを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による系統連係システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すインバータ２の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御部２８が送受する通信データＣの構成を示す図である。
【図４】図２に示す制御部２８が行う運転管理処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態による系統連係システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２，２−１〜３…インバータ、４…二次電池、６…通信ネットワーク、８…管理装置、１０…電力系統、２２…インバータ回路、２４，２６…監視部、２８…制御部、３２…オア回路、Ａ，Ａ−１〜３…直流電力、Ｂ，Ｂ−１〜３…交流電力、Ｃ…通信データ、Ｃ１…正常信号

Claims

複数台のインバータを並列接続し、前記インバータにより、直流電源から供給された電力を電力系統に応じた電力に変換して出力する系統連係システムにおいて、
前記インバータは、
固有の通信アドレスを有し、該通信アドレスにより他のインバータとの間でデータを送受信するデータ通信手段と、
自インバータを診断し、該診断結果を前記データ通信手段により他のインバータへ送信する自己診断手段と、
前記データ通信手段によるデータ受信に基づいて自インバータが最も上位の正常なインバータであった場合に、他のインバータを制御する制御手段とを具備する
ことを特徴とする系統連係システム。
前記制御手段は、自インバータの通信アドレスより値の小さい通信アドレスのインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断する
ことを特徴とする請求項１に記載の系統連係システム。
前記制御手段は、自インバータの通信アドレスより値の大きい通信アドレスのインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断する
ことを特徴とする請求項１に記載の系統連係システム。
前記インバータは、自インバータのインバータ情報を前記データ通信手段により他のインバータへ送信する情報提供手段を備え、
前記制御手段は、自インバータのインバータ情報よりも優れているインバータ情報を有するインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断する
ことを特徴とする請求項１に記載の系統連係システム。
前記インバータは、自インバータに電力を供給している前記直流電源の直流電源情報を前記データ通信手段により他のインバータへ送信する情報提供手段を備え、
前記制御手段は、自インバータの直流電源の直流電源情報よりも優れている直流電源情報を有する直流電源から電力の供給を受けているインバータの全てが異常であった場合に、自インバータが最も上位の正常なインバータであると判断する
ことを特徴とする請求項１に記載の系統連係システム。
複数台のインバータを並列接続し、前記インバータにより、直流電源から供給された電力を電力系統に応じた電力に変換して出力する系統連係システムにおいて、
前記インバータは、
自インバータを診断する自己診断手段と、
入力信号に前記診断結果を反映させて出力し、前記入力信号に基づいて自インバータが最も上位の正常なインバータであった場合に、他のインバータを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段から出力される前記診断結果が反映された出力信号を、各インバータ間でカスケード接続して後段のインバータの前記入力信号とする
ことを特徴とする系統連係システム。