JP2006254664A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】 出力電流をわずかに増減し、有効電力および有効電圧を変動させることにより、系統側に影響を及ぼすことなく、線路インピーダンスの計測が可能なパワーコンディショナを提供する。
【解決手段】 電力変換装置４の稼動中に、出力電流ＩＸを変化することにより、出力電圧（有効電圧）ＶＸおよび出力電力（有効電力）ＰＸを変動させ、電力変換装置４から出力される出力電流ＩＸおよび出力電圧（有効電圧）ＶＸを測定し、測定した出力電流ＩＸおよび出力電圧（有効電圧）ＶＸから出力電力（有効電力）ＰＸを演算し、出力電流ＩＸ、出力電圧（有効電圧）ＶＸおよび出力電力（有効電力）ＰＸに基づいて出力端子Ｃ，Ｄから見た負荷抵抗Ｒｈと線路インピーダンスＲｌの合成（並列）インピーダンスＲｐを演算する単独運転検出手段６を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は系統側の線路インピーダンスを計測することにより、系統側の異常を検出するパワーコンディショナに係り、特に出力電流を変化し、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させることにより、線路インピーダンスを計測して、系統側の異常の有無を検出するパワーコンディショナに関する。

従来のパワーコンディショナは、系統側に異常が発生し、パワーコンディショナが単独運転することを防止するため、系統側の線路インピーダンスを測定して監視することにより、単独運転の有無の判定がなされている。

系統側の線路インピーダンスを測定する場合、パワーコンディショナの出力電流を変化させ、出力電力および出力電圧を変動させて測定し、演算によってなされている。

例えば、パワーコンディショナの出力電流を変化させる場合、出力電流に、パルス電流を印加（重畳）することにより、または、高周波電流を印加（重畳）することにより、変動する出力電力および出力電圧を変動させて計測し、線路インピーダンスを演算することが知られている。

また、従来のパワーコンディショナは、「特許文献１」に紹介されているように、出力にコンデンサやインダクタンスをスイッチを介して並列に接続し、スイッチをオンさせて無効電流を流した場合の出力電圧と、スイッチをオフさせて無効電流を流さない場合の出力電圧の位相差を検出し、位相差から線路インピーダンスの決定がなされる。

なお、パワーコンディショナの単独運転検出機能は、ドイツでは必須であり、線路インピーダンス値の変動が規格化されており、この規格化は、今後ＥＣ諸国でも適用される傾向にあることが想定される。

さらに、１つの系統に、複数のパワーコンディショナが接続されるケースが多くなるにつれて、１台のパワーコンディショナが線路インピーダンスを測定中に、他のパワーコンディショナも線路インピーダンスを測定するケースが想定される。
ＤＥ１９５０４２７１Ｃ１（ドイツ特許）

従来のパワーコンディショナは、出力電流を変化させる時に、パルス電流を印加（重畳）する場合、または、高周波電流を印加（重畳）する場合、パルス電流を印加すると系統側にノイズを発生する虞があり、高周波電流を印加すると電力線通信などに悪影響を及ぼす虞がある。

また、「特許文献１」に開示されたパワーコンディショナは、出力にコンデンサやインダクタンスを並列に接続して無効電流を流した場合の出力電圧と、出力からコンデンサやインダクタンスを切り離して無効電流を流さない場合の出力電圧との位相差から線路インピーダンスを決定するが、パワーコンディショナにコンデンサやインダクタンス、スイッチなどを追加する必要があり、部品点数の増加を招く課題がある。

さらに、１つの系統に、複数のパワーコンディショナが並列に接続される場合、各パワーコンディショナの単独運転検出機能を動作させるタイミングが重なった場合、計測する出力電圧や出力電力の変動が干渉してしまい、正確な線路インピーダンスを検出することができない課題がある。

この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は出力電流をわずかに増減し、有効電力および有効電圧を変動させることにより、系統側に影響を及ぼすことなく、線路インピーダンスの計測が可能なパワーコンディショナを提供することにある。

前記課題を解決するためこの発明に係るパワーコンディショナは、出力電流を変化し、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させることにより、変動させた有効電力および有効電圧に基づいて系統側の線路インピーダンス値を計測する単独運転検出手段を備えたことを特徴とする。

この発明に係るパワーコンディショナは、出力電流を変化し、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させることにより、変動させた有効電力および有効電圧に基づいて系統側の線路インピーダンス値を計測する単独運転検出手段を備えたので、有効電力および有効電圧を測定し、測定した有効電力および有効電圧から線路インピーダンスを演算して系統側の異常の有無を判定することができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させる場合、系統側の交流電圧に同期させて変動させることを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させる場合、系統側の交流電圧に同期させて変動させるので、有効電力および有効電圧の変動に伴う系統側への影響を極力抑制することができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側の線路インピーダンス値を計測する場合、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動前後の値に平均化処理を施し、平均化処理した値に基づいて計測することを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、系統側の線路インピーダンス値を計測する場合、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動前後の値に平均化処理を施し、平均化処理した値に基づいて計測するので、線路インピーダンスの演算に、イレギュラに発生する有効電力および有効電圧を採用することがなくなる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を０クロスから０クロスまで変動させることを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を０クロスから０クロスまで変動させるので、１周期あるいは複数周期間の有効電力および有効電圧の変動を平均化することができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を、徐々に変動させることを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を、徐々に変動させるので、有効電力および有効電圧の変動を少なくすることができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧を、所定周期毎に増加と減少を交互に変動させ、有効電力および有効電圧のトータルの変化量を０近傍にすることを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧を、所定周期毎に増加と減少を交互に変動させ、有効電力および有効電圧のトータルの変化量を０近傍にするので、有効電力および有効電圧の増加を防止することができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、過去に測定した線路インピーダンス値と現在の測定した線路インピーダンス値を比較し、現在の線路インピーダンス値が過去の線路インピーダンス値よりも大きなインピーダンス値の場合、自装置と同時に並列運転する他装置も線路インピーダンス値を測定中と判断し、現在の線路インピーダンス値を異常値と判定しないことを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、過去に測定した線路インピーダンス値と現在の測定した線路インピーダンス値を比較し、現在の線路インピーダンス値が過去の線路インピーダンス値よりも大きなインピーダンス値の場合、自装置と同時に並列運転する他装置も線路インピーダンス値を測定中と判断し、現在の線路インピーダンス値を異常値と判定しないので、並列運転された自装置と他装置が同時に線路インピーダンス値を測定中の場合には、測定結果を削除することができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変化開始時と変化終了時との線路インピーダンス値との偏差が一定以上の場合、線路インピーダンス値を異常値と判定しないことを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変化開始時と変化終了時との線路インピーダンス値との偏差が一定以上の場合、線路インピーダンス値を異常値と判定しないので、並列運転された自装置と他装置が同時に線路インピーダンス値を測定中の場合には、測定結果を削除することができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、自装置と並列運転する他装置の線路インピーダンス値の測定が同期した場合、線路インピーダンス値の測定を所定時間ずらして実行することを特徴とする。

この発明に係る単独運転検出手段は、自装置と並列運転する他装置の線路インピーダンス値の測定が同期した場合、線路インピーダンス値の測定を所定時間ずらして実行するので、自装置と他装置が並列運転中に同期して線路インピーダンス値を測定する場合には、時間差を設定して自装置と他装置がそれぞれ単独に線路インピーダンス値を測定することができる。

この発明に係るパワーコンディショナは、出力電流を変化し、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させることにより、変動させた有効電力および有効電圧に基づいて系統側の線路インピーダンス値を計測する単独運転検出手段を備えたので、有効電力および有効電圧を測定し、測定した有効電力および有効電圧から線路インピーダンスを演算して系統側の異常の有無を判定することができ、特に部品を追加することなく、単純な構成で単独運転検出機能を実現することができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させる場合、系統側の交流電圧に同期させて変動させるので、有効電力および有効電圧の変動に伴う系統側への影響を極力抑制することができ、パワーコンディショナの運転中に単独運転検出機能を働かせることができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側の線路インピーダンス値を計測する場合、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動前後の値に平均化処理を施し、平均化処理した値に基づいて計測するので、線路インピーダンスの演算に、イレギュラに発生する有効電力および有効電圧を採用することがなくなるので、安定した線路インピーダンス値を演算することができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を０クロスから０クロスまで変動させるので、１周期あるいは複数周期間の有効電力および有効電圧の変動を平均化することができ、消費電力の系統側に及ぼす影響を小さくすることができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を、徐々に変動させるので、有効電力および有効電圧の変動を少なくすることができ、有効電力および有効電圧の変動に伴う系統側への影響を僅かにすることができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧を、所定周期毎に増加と減少を交互に変動させ、有効電力および有効電圧のトータルの変化量を０近傍にするので、有効電力および有効電圧の増加を防止することができ、有効電力および有効電圧の変動を極めて小さくしながら、単独運転機能を動作させることができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、過去に測定した線路インピーダンス値と現在の測定した線路インピーダンス値を比較し、現在の線路インピーダンス値が過去の線路インピーダンス値よりも大きなインピーダンス値の場合、自装置と同時に並列運転する他装置も線路インピーダンス値を測定中と判断し、現在の線路インピーダンス値を異常値と判定しないので、並列運転された自装置と他装置が同時に線路インピーダンス値を測定中の場合には、測定結果を削除することができ、単独運転の誤検出を防止することができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変化開始時と変化終了時との線路インピーダンス値との偏差が一定以上の場合、線路インピーダンス値を異常値と判定しないので、並列運転された自装置と他装置が同時に線路インピーダンス値を測定中の場合には、測定結果を削除することができ、単独運転の誤検出を防止することができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、自装置と並列運転する他装置の線路インピーダンス値の測定が同期した場合、線路インピーダンス値の測定を所定時間ずらして実行するので、自装置と他装置が並列運転中に同期して線路インピーダンス値を測定する場合には、時間差を設定して自装置と他装置がそれぞれ単独に線路インピーダンス値を測定することができ、並列運転中であっても、正確に単独運転検出機能を動作させることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本発明の基本的な技術思想は、パワーコンディショナの出力電流を変化し、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させて、変動させた有効電力および有効電圧に基づいて系統側の線路インピーダンス値を計測することによって系統側の異常を判定するものである。

図１はこの発明に係るパワーコンディショナが適用される太陽光発電システムの一実施の形態システム構成図である。図１において、太陽光発電システム１は、太陽光を直流電力に変換する太陽電池システム２と、太陽電池システム２から入力端子Ａ，Ｂを介して供給される直流電力を系統側電源（商用電源）ＶACに同期した交流電力に変換し、出力電力（有効電力）ＰＸを出力端子Ｃ，Ｄを介して負荷抵抗Ｒｈに供給するパワーコンディショナ３と、系統側電源（商用電源）ＶＡＣとから構成する。

パワーコンディショナ３は、太陽電池システム２から供給される直流電力を系統側（商用電源）の周波数と交流電圧に同期させた交流電力に変換する電力変換装置４、電力変換装置４の動作を制御する制御装置５を備える。

制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を基本に構成し、電力変換装置４の出力制御、周波数制御、過電流や過電圧制御を実行する。

また、電力変換装置４は、パワーコンディショナ３の運転中に、出力電流ＩＸを変化し、系統側に出力する出力電力（有効電力）ＰＸおよび出力電圧（有効電圧）VXを変動させることにより、変動させた有効電力ＰＸおよび有効電圧ＶＸに基づいて系統側の線路インピーダンス値Ｒｌを計測する単独運転検出手段６を備え、有効電力ＰＸおよび有効電圧ＶＸを測定し、測定した有効電力ＰＸおよび有効電圧ＶＸから線路インピーダンスＲｌを演算して系統側の異常（例えば、停電）の有無を判定する。

単独運転検出手段６は、電力変換装置４の稼動中に所定時間の間隔で設定電流Ｉ(S)を指令値として提供し、出力電流ＩＸを変化することにより、出力電圧（有効電圧）ＶＸおよび出力電力（有効電力）ＰＸを変動させ、電力変換装置４から出力される出力電流ＩＸおよび出力電圧（有効電圧）ＶＸを測定し、測定した出力電流ＩＸおよび出力電圧（有効電圧）ＶＸから出力電力（有効電力）ＰＸを演算し、出力電流ＩＸ、出力電圧（有効電圧）ＶＸおよび出力電力（有効電力）ＰＸに基づいて出力端子Ｃ，Ｄから見た負荷抵抗Ｒｈと線路インピーダンスＲｌの合成（並列）インピーダンスＲｐを演算し、線路インピーダンスＲｌの変動が規格値Ｒｋを越える場合（Ｒｌ≧Ｒｋ）には、系統側が異常な単独運転検出と判断し、図示しないリレーを開放状態にしてパワーコンディショナ３を系統側から切り離す。

なお、本発明の特徴は、出力電流ＩＸ、出力電圧（有効電圧）ＶＸおよび出力電力（有効電力）ＰＸを、有効電流、有効電圧および有効電力で実行することにより、運転中のパワーコンディショナ３と同じ有効電流、有効電圧および有効電力を系統側に出力することになり、系統側に影響を及ぼすことがない。また、パワーコンディショナ３に何ら付加部品の追加を必要せず、ソフトウェア的処理で単独運転検出手段６を構成することができる。

次に、系統側の線路インピーダンスＲｌの検出について説明する。図２はこの発明に係る線路インピーダンス測定の一実施の形態波形説明図である。図２において、単独運転検出手段６は、出力電流ＩＸを通常の通常出力電流ＩＸN（破線表示）の一周期Ｔからレベルを増加した増加出力電流ＩＸI（実線表示）に変化させた一周期Ｔに対応して、同期した通常の通常出力電圧ＶＸN（破線表示）と増加出力電圧ＶＸI（実線表示）の一周期Ｔの出力電圧（有効電圧）ＶＸを電力変換装置４から系統側に出力させる。なお、単独運転検出手段６は、出力電流ＩＸを変化させる際、出力電圧（有効電圧）ＶＸが系統側の交流電源ＶACに同期させて変動させるように制御する。

レベルを増加した増加出力電流ＩＸIと通常の通常出力電流ＩＸNの変動である電流変動量ΔＩＸ＝（ＩＸI−ＩＸN）で表わされ、増加出力電流ＩＸIに対応した増加出力電圧ＶＸIと通常出力電流ＩＸNに対応した通常出力電圧ＶＸNの変動である電圧変動量ΔＶＸ＝（ＶＸI−ＶＸN）で表わされるため、負荷抵抗Ｒｈと線路インピーダンスＲｌの合成（並列）インピーダンスＲｐの変動インピーダンスΔＲｐ＝ΔＶＸ÷ΔＩＸで演算することができる。

合成（並列）インピーダンスＲｐ＝（Ｒｈ×Ｒｌ）÷（Ｒｈ＋Ｒｌ）で表わされ、図２に示す一周期Ｔの間に負荷抵抗Ｒｈは変動することがないとすれば、変動インピーダンスΔＲｐは線路インピーダンスＲｌの変動となるので、変動インピーダンスΔＲｐに基いて系統側の異常（単独運転）を検出することができる。

なお、出力電力（有効電力）ＰＸは、出力電流ＩＸと出力電圧（有効電圧）ＶＸの積（ＰＸ＝ＩＸ×ＶＸ）で演算することができ、一般的に、インピーダンスＺと電力Ｐの関係は、Ｐ＝Ｖ^２÷ＺまたはＰ＝Ｉ^２×Ｚで演算できるので、変動インピーダンスΔＲｐ＝ΔＰＸ÷ΔＶＸ^２または変動インピーダンスΔＲｐ＝ΔＰＸ÷ΔＩＸ^２から演算することができる。

このように、この発明に係る単独運転検出手段６は、系統側に出力する有効電力ＰXおよび有効電圧ＶＸを変動させる場合、系統側の交流電圧ＶACに同期させて変動させるので、有効電力ＰＸおよび有効電圧ＶＸの変動に伴う系統側への影響を極力抑制することができ、パワーコンディショナ３の運転中に単独運転検出機能を働かせることができる。

図３はこの発明に係る線路インピーダンス測定の別実施の形態波形説明図である。図３において、単独運転検出手段６は、出力電流ＩＸを通常の通常出力電流ＩＸN（破線表示）の一周期Ｔに対応してレベルを増加した増加出力電流ＩＸI（実線表示）を一周期Ｔ出力し、次の一周期では、レベルを減少した減少出力電流ＩＸD（実線表示）を出力するように制御する。

初めの一周期でレベルを増加した増加出力電流ＩＸI（実線表示）を出力させ、次の一周期でレベルを減少した減少出力電流ＩＸD（実線表示）を出力させ、レベルを増加分とレベルの減少分を等しく設定すると、二周期間の平均は０となり、出力電流ＩＸの変動による系統側への影響をキャンセルすることができる。

また、出力電流ＩＸの変動は、周期単位で、かつ０クロスから０クロスまでの範囲で行い、増加出力電流ＩＸI（実線表示）と減少出力電流ＩＸD（実線表示）のレベルを徐々に変化するように設定する。

さらに、単独運転検出手段６は、一周期毎の通常の通常出力電流ＩＸN（破線表示）とレベルを増加した増加出力電流ＩＸI（実線表示）、またはレベルを減少した減少出力電流ＩＸD（実線表示）の電流変動量ΔＩＸ（＝ＩＸI−ＩＸN、ＩＸD−ＩＸN）に平均化処理を施して電流変動量の一周期平均値ΔＩAVを演算し、電流変動量の一周期平均値ΔＩAVから電力変動量の一周期平均値ΔＰAVを演算する。

線路インピーダンスＲｌの変動インピーダンスΔＲｐは、電流変動量の一周期平均値ΔＩAVおよび電力変動量の一周期平均値ΔＰAVから、ΔＲｐ＝ΔＰAV÷（ΔＩAV）^２で演算する。なお、変動インピーダンスΔＲｐの演算は、初めの一周期および次の一周期について、それぞれ実行することができる。

このように、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する出力電力（有効電力）ＰＸおよび出力電圧（有効電圧）ＶＸの変動を０クロスから０クロスまで変動させるので、１周期あるいは複数周期間の有効電力および有効電圧の変動を平均化することができ、消費電力の系統側に及ぼす影響を小さくすることができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側に出力する出力電力（有効電力）ＰＸおよび出力電圧（有効電圧）ＶＸの変動を、徐々に変動させるので、有効電力および有効電圧の変動を少なくすることができ、有効電力および有効電圧の変動に伴う系統側への影響を僅かにすることができる。

さらに、この発明に係る単独運転検出手段は、系統側の線路インピーダンス値を計測する場合、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動前後の値に平均化処理を施し、平均化処理した値に基づいて計測するので、線路インピーダンスの演算に、イレギュラに発生する有効電力および有効電圧を採用することがなくなるので、安定した線路インピーダンス値を演算することができる。

図４はこの発明に係る線路インピーダンス測定の別実施の形態波形説明図である。図４において、単独運転検出手段６は、出力電流ＩＸを通常の通常出力電流ＩＸN（破線表示）の一周期Ｔに対応してレベルを増加した増加出力電流ＩＸI（実線表示）を一周期Ｔ出力し、次の一周期では、等しいレベルを減少（反転）した減少出力電流ＩＸD（実線表示）を交互に出力するように制御する。

電流変動量ΔＩＸ（＝ＩＸI−ＩＸN、ＩＸD−ＩＸN）に平均化処理を施して電流変動量の一周期平均値ΔＩAVおよび電力変動量の一周期平均値ΔＰAVは、図３で説明したように演算する。

また、線路インピーダンスＲｌの変動インピーダンスΔＲｐの演算も、図３で説明したように実行する。

なお、図３との違いは、電力変動量の一周期平均値ΔＰAVにプラス（＋）とマイナス（−）が発生することにある。

これにより、変動インピーダンスΔＲｐの演算に、一周期は＋極性の電力変動量の一周期平均値ΔＰAVを適用し、他の一周期は−極性の電力変動量の一周期平均値ΔＰAVが適用することができ、極性の異なる電力変動量の一周期平均値ΔＰAVに基づいて変動インピーダンスΔＲｐを正確に演算することができる。

このように、この発明に係る単独運転検出手段６は、系統側に出力する有効電力ＰXおよび有効電圧ＶＸを、所定周期毎に増加と減少を交互に変動させ、有効電力ＰＸおよび有効電圧ＶＸのトータルの変化量を０近傍にするので、有効電力および有効電圧の増加を防止することができ、有効電力および有効電圧の変動を極めて小さくしながら、単独運転機能を動作させることができる。

以上説明したように、この発明に係るパワーコンディショナ３は、出力電流ＩＸを変化し、系統側に出力する有効電力ＰＸおよび有効電圧ＶＸを変動させることにより、変動させた有効電力ＰＸおよび有効電圧ＶＸに基づいて系統側の線路インピーダンス値Ｒｌを計測する単独運転検出手段６を備えたので、有効電力および有効電圧を測定し、測定した有効電力および有効電圧から線路インピーダンスを演算して系統側の異常の有無を判定することができ、特に部品を追加することなく、単純な構成で単独運転検出機能を実現することができる。

続いて、１つの系統に複数のパワーコンディショナが並列に接続され、同じタイミングで単独運転検出機能が動作する場合について説明する。

図５はこの発明に係るパワーコンディショナが適用される太陽光発電システムの別実施の形態システム構成図である。図５において、太陽光発電システム７は、１つの系統側電源（商用電源）ＶＡＣに、太陽電池システム２ａに接続されたパワーコンディショナ３ａと、太陽電池システム２ｂに接続されたパワーコンディショナ３ｂの２台のパワーコンディショナが並列接続されているものである。

パワーコンディショナ３ａおよびパワーコンディショナ３ｂには、それぞれ負荷抵抗Ｒａおよび負荷抵抗Ｒｂが接続され、負荷抵抗Ｒａは、パワーコンディショナ３ａから出力電流ＩＸ１、出力電圧（有効電圧）ＶＸ１が供給されており、負荷抵抗Ｒｂは、パワーコンディショナ３ｂから出力電流ＩＸ２、出力電圧（有効電圧）ＶＸ２が供給されているものとする。

また、出力電流ＩＸ１、出力電圧（有効電圧）ＶＸ１、出力電流ＩＸ２および出力電圧（有効電圧）ＶＸ２は、系統側電源（商用電源）ＶＡＣに同期している。

このような状態で、パワーコンディショナ３ａおよびパワーコンディショナ３ｂが単独運転検出機能を同時に働かせた場合について説明する。

図６はこの発明に係るパワーコンディショナの単独運転検出機能動作時の一実施の形態出力電流／出力電圧波形図である。なお、パワーコンディショナ３ａおよびパワーコンディショナ３ｂは、それぞれ、最初の一周期Ｔでは、通常出力電流ＩＸ１N（破線表示）、通常出力電流ＩＸ２N（破線表示）に同期した同一レベルの増加出力電流ＩＸ１I（実線表示）、増加出力電流ＩＸ２I（実線表示）を出力し、次の一周期Ｔでは、通常出力電流ＩＸ１N（破線表示）、通常出力電流ＩＸ２N（破線表示）に同期した同一レベルの減少出力電流ＩＸ１D（実線表示）、減少出力電流ＩＸ２D（実線表示）を出力している。

この場合、パワーコンディショナ３ａの出力電流ＩＸ１の電流変動量ΔＩＸ１は、最初の一周期Ｔでは、増加出力電流ＩＸ１Ｉ−通常出力電流ＩＸ１N（ΔＩＸ１＝ＩＸ１I−ＩＸ１N＞０）のプラス（＋）の変化となり、次の一周期Ｔでは、減少出力電流ＩＸ１D−通常出力電流ＩＸ１N（ΔＩＸ１＝ＩＸ１D−ＩＸ１N＜０）のマイナス（−）の変化となる。

一方、パワーコンディショナ３ｂの出力電流ＩＸ２の電流変動量ΔＩＸ２は、最初の一周期Ｔでは、増加出力電流ＩＸ２I−通常出力電流ＩＸ２N（ΔＩＸ２＝ＩＸ２I−ＩＸ２Ｎ＞０）のプラス（＋）の変化となり、次の一周期Ｔでは、減少出力電流ＩＸ２D−通常出力電流ＩＸ２N（ΔＩＸ２＝ＩＸ２D−ＩＸ２N＜０）のマイナス（−）の変化となる。

次に、パワーコンディショナ３ａおよびパワーコンディショナ３ｂの出力端の電圧変動量は、共通の値で、出力電流ＩＸ１の電流変動量ΔＩＸ１に起因する電圧変動量ΔＶＸ１と出力電流ＩＸ２の電流変動量ΔＩＸ２に起因する電圧変動量ΔＶＸ２の和（＝ΔＩＸ１＋ΔＶＸ２）になる。

ただし、最初の一周期Ｔでは、電流変動量ΔＩＸ１および電流変動量ΔＩＸ２がプラス（＋）であり、電流変動量ΔＩＸ１＝電流変動量ΔＩＸ２とすると、トータルの電圧変動量は、電圧変動量ΔＶＸ１＋電圧変動量ΔＶＸ２となり、電圧変動量ΔＶＸ１＝電圧変動量ΔＶＸ２の場合、パワーコンディショナ３ａまたはパワーコンディショナ３ｂが１台の電圧変動量の＋２倍となる。

一方、次の一周期Ｔでは、電流変動量ΔＩＸ１および電流変動量ΔＩＸ２がマイナス（−）であり、電流変動量ΔＩＸ１＝電流変動量ΔＩＸ２とすると、トータルの電圧変動量は、電圧変動量ΔＶＸ１＋電圧変動量ΔＶＸ２となり、電圧変動量ΔＶＸ１＝電圧変動量ΔＶＸ２の場合、パワーコンディショナ３ａまたはパワーコンディショナ３ｂが１台の電圧変動量の−２倍となる。

この状態を、例えばパワーコンディショナ３ａの単独運転検出機能で見れば、電流変動量ΔＩＸ１に対して電圧変動量ΔＶＸ１＋ΔＶＸ２（＝２ΔＶＸ１）となり、線路インピーダンスＲｌの変動インピーダンスΔＲｐは、最初の一周期Ｔでは、２ΔＶＸ１÷ΔＩＸ１となって、パワーコンディショナ３ａ単独の場合の＋２倍で演算される。

一方、次の一周期Ｔでは、電流変動量ΔＩＸ１に対して電圧変動量ΔＶＸ１＋ΔＶＸ２（＝−２ΔＶＸ１）となり、線路インピーダンスＲｌの変動インピーダンスΔＲｐは、−２ΔＶＸ１÷ΔＩＸ１となって、パワーコンディショナ３ａ単独の場合の−２倍で演算される。

図７はこの発明に係るパワーコンディショナの単独運転検出機能動作時の別実施の形態出力電流／出力電圧波形図である。図７において、ある一周期Ｔで、パワーコンディショナ３ａの電流変動量ΔＩＸ１がプラス（＋）であり、パワーコンディショナ３ｂの電流変動量ΔＩＸ２がマイナス（−）であって、電流変動量ΔＩＸ１＋動量ΔＩＸ２＝０の場合、電圧変動量ΔＶＸ１と電圧変動量ΔＶＸ２の和が互いにキャンセル（ΔＶＸ１＋ΔＶＸ２＝０）され、例えばパワーコンディショナ３ａの単独運転検出機能で見れば、電流変動量ΔＩＸ１に対して電圧変動量ΔＶＸ１＋ΔＶＸ２（＝０）となり、線路インピーダンスＲｌの変動インピーダンスΔＲｐは、ΔＶＸ１＋ΔＶＸ２（＝０）÷ΔＩＸ１となって、パワーコンディショナ３ａ単独の場合よりもはるかに小さな値（＝０）で演算される。

以上のような状態に対応するため、パワーコンディショナ３ａおよびパワーコンディショナ３ｂは、過去に測定した線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）と現在の測定した線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）を比較し、現在の線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）が過去の線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）よりも大きなインピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）の場合、または小さいインピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）の場合、自装置（パワーコンディショナ３ａ）と同時に並列運転する他装置（パワーコンディショナ３ｂ）も線路インピーダンス値を測定中と判断し、現在の線路インピーダンス値を異常値と判定しないようにする。

また、図６の最初一周期Ｔと次の一周期Ｔのように、出力電流ＩＸ１および出力電流ＩＸ２の電流変動量ΔＩＸ１および電流変動量ΔＩＸ２や、出力電圧（有効電圧）ＶＸ１および出力電圧（有効電圧）ＶＸ２の電圧変動量ΔＶＸ１および電圧変動量ΔＶＸ２に起因する変動インピーダンスΔＲｐが変化開始時（最初の一周期Ｔ）と変化終了時（次の一周期Ｔ）で一定値以上の偏差で演算された場合には、変動インピーダンスΔＲｐを異常値と判定しないので、パワーコンディショナ３ａとパワーコンディショナ３ｂの単独運転検出機能が同時に働いていると判断し、変動インピーダンスΔＲｐの演算結果を削除する。

このように、この発明に係る単独運転検出手段６は、過去に測定した線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）と現在の測定した線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）を比較し、現在の線路インピーダンス値が過去の線路インピーダンス値よりも大きなインピーダンス値の場合、自装置（パワーコンディショナ３ａ）と同時に並列運転する他装置（パワーコンディショナ３ｂ）も線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）を測定中と判断し、現在の線路インピーダンス値を異常値と判定しないので、並列運転された自装置と他装置が同時に線路インピーダンス値を測定中の場合には、測定結果を削除することができ、単独運転の誤検出を防止することができる。

また、この発明に係る単独運転検出手段６は、系統側に出力する有効電力および有効電圧の変化開始時（最初の一周期Ｔ）と変化終了時（次の一周期Ｔ）との線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）との偏差が一定以上の場合、線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）を異常値と判定しないので、並列運転された自装置（パワーコンディショナ３ａ）と他装置（パワーコンディショナ３ｂ）が同時に線路インピーダンス値を測定中の場合には、測定結果を削除することができ、単独運転の誤検出を防止することができる。

また、パワーコンディショナ３ａとパワーコンディショナ３ｂの単独運転検出機能が同時に、同期して動作することを防止するため、変動インピーダンスΔＲｐの測定に時間差を設定し、変動インピーダンスΔＲｐの測定をそれぞれ単独で実行できるように構成する。

例えば、パワーコンディショナ３ａおよびパワーコンディショナ３ｂにタイマを設け、パワーコンディショナ３ａの単独運転検出機能を最初に動作させ、パワーコンディショナ３ａの単独運転検出機能が停止後に、所定時間経過してからパワーコンディショナ３ｂの単独運転検出機能を動作させるようにし、両者の単独運転検出機能が同時に動作することを防止する。

このように、この発明に係る単独運転検出手段６は、自装置（パワーコンディショナ３ａ）と並列運転する他装置（パワーコンディショナ３ｂ）の線路インピーダンス値（変動インピーダンスΔＲｐ）の測定が同期した場合、線路インピーダンス値の測定を所定時間ずらして実行するので、自装置と他装置が並列運転中に同期して線路インピーダンス値を測定する場合には、時間差を設定して自装置と他装置がそれぞれ単独に線路インピーダンス値を測定することができ、並列運転中であっても、正確に単独運転検出機能を動作させることができる。

本発明に係るパワーコンディショナは、稼動中に出力電流を変化させ、有効出力電圧および有効電力を変動させることにより、線路インピーダンスを測定して系統側の異常を判定することができ、あらゆるパワーコンディショナの単独運転検出機能に適用することができる。

この発明に係るパワーコンディショナが適用される太陽光発電システムの一実施の形態システム構成図 この発明に係る線路インピーダンス測定の一実施の形態波形説明図 この発明に係る線路インピーダンス測定の別実施の形態波形説明図 この発明に係る線路インピーダンス測定の別実施の形態波形説明図 この発明に係るパワーコンディショナが適用される太陽光発電システムの別実施の形態システム構成図 この発明に係るパワーコンディショナの単独運転検出機能動作時の一実施の形態出力電流／出力電圧波形図 この発明に係るパワーコンディショナの単独運転検出機能動作時の別実施の形態出力電流／出力電圧波形図

符号の説明

１，７ 太陽光発電システム
２，２ａ，２ｂ 太陽電池システム
３，３ａ，３ｂ パワーコンディショナ
４ 電力変換装置
５ 制御装置
６ 単独運転検出手段
Ａ，Ｂ 入力端子
Ｃ，Ｄ 出力端子
Ｉ(S) 電流指令値
ＩＸ 出力電流
ＩＸN 通常出力電流
ＩＸI 増加出力電流
ＩＸD 減少出力電流
ΔＩＸ 電流変動量
ΔＩAV 電流変動量の一周期平均値
ＰＸ 出力電力（有効電力）
ΔＰＸ 電力変動量
ΔＰAV 電力変動量の一周期平均値
ＶＸ 出力電圧（有効電圧）
ＶＸN 通常出力電圧
ＶＸI 増加出力電圧
ΔＶＸ 電圧変動量
Ｔ 周期
ＰＸ 出力電力（有効電力）
Ｒｈ，Ｒａ，Ｒｂ 負荷抵抗
Ｒｌ 線路インピーダンス
ＶAC 系統側電源（商用電源）

Claims (9)

1. 単独運転機能を備えたパワーコンディショナにおいて、
   出力電流を変化し、系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させることにより、変動させた有効電力および有効電圧に基づいて前記系統側の線路インピーダンス値を計測する単独運転検出手段を備えたことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記単独運転検出手段は、前記系統側に出力する有効電力および有効電圧を変動させる場合、前記系統側の交流電圧に同期させて変動させることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
3. 前記単独運転検出手段は、前記系統側の線路インピーダンス値を計測する場合、前記系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動前後の値に平均化処理を施し、平均化処理した値に基づいて計測することを特徴とする請求項１または請求項２記載のパワーコンディショナ。
4. 前記単独運転検出手段は、前記系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を０クロスから０クロスまで変動させることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
5. 前記単独運転検出手段は、前記系統側に出力する有効電力および有効電圧の変動を、徐々に変動させることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
6. 前記単独運転検出手段は、前記系統側に出力する有効電力および有効電圧を、所定周期毎に増加と減少を交互に変動させ、有効電力および有効電圧のトータルの変化量を０近傍にすることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
7. 前記単独運転検出手段は、過去に測定した線路インピーダンス値と現在の測定した線路インピーダンス値を比較し、現在の線路インピーダンス値が過去の線路インピーダンス値よりも大きなインピーダンス値の場合、自装置と同時に並列運転する他装置も線路インピーダンス値を測定中と判断し、現在の線路インピーダンス値を異常値と判定しないことを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
8. 前記単独運転検出手段は、前記系統側に出力する有効電力および有効電圧の変化開始時と変化終了時との線路インピーダンス値との偏差が一定以上の場合、線路インピーダンス値を異常値と判定しないことを特徴とする請求項７記載のパワーコンディショナ。
9. 前記単独運転検出手段は、自装置と並列運転する他装置の線路インピーダンス値の測定が同期した場合、線路インピーダンス値の測定を所定時間ずらして実行することを特徴とする請求項７記載のパワーコンディショナ。
   

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