JP2007209097A - 電力変換装置、及びそれを具備する太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】並列する他の電力変換装置の出力変動からは影響を受けにくい能動的単独運転検出を実現し、その検出精度を向上させる電力変換装置、を提供する。
【解決手段】本発明による電力変換装置は、インバータ部、交流出力検出部、通信部、及び単独運転防止部を含む。単独運転防止部はまず、通信部から電力線に送出される制御信号を交流出力検出部を通して検出する。単独運転防止部は次に、テストパルス（Pt）を商用電力系統の出力電圧の波形（W0）に重畳し、その重畳波形（W1）を制御目標の波形としてインバータ部に送出する。単独運転防止部は続いて、交流出力検出部を通してインバータ部の出力電圧の波形を監視する。交流出力検出部を通してインバータ部の実際の出力電圧からテストパルスを検出した場合、単独運転防止部はインバータ部を停止させ、又はインバータ部の出力を遮断する。
【選択図】図７

Description

本発明は、直流電源を交流電力系統に連系する電力変換装置に関し、特に、その単独運転防止技術に関する。

近年、省エネルギーや環境問題への関心の高まりに伴い、自然のエネルギー、特に太陽光や風力を利用した発電システムへの関心が高い。その他に、燃料電池を利用した発電システムも開発が急速に進んでいる。太陽電池や燃料電池は直流電源であるので、それらが商用電力系統等、別の交流電力系統に連系されるには出力電力が直流から交流に変換されねばならない。一方、風力発電では風車に直結される発電機から交流電力が出力される。しかし、その出力周波数は風車の回転数で決まるので、発電機が他の交流電力系統に連系されるには、その出力周波数が他の交流電力系統の周波数に調節されねばならない。特に同期発電機が利用される場合、その出力電力が一旦、直流電力に変換され、その直流電力が更に、目標の周波数の交流電力に変換される。このように、上記の各発電システムでは一般に、直流から交流への電力変換が行われる。従来の発電システムに搭載される電力変換装置では、インバータが直流電源から印加される直流電圧を交流電圧に変換する。その交流電圧は外部の交流電力系統の電圧と等しい。直流電源は、例えば太陽電池や燃料電池、又はそれらとそれらの出力を調節する回路との組み合わせである。その他に、例えば風力発電システムでは、直流電源が、同期発電機と、その出力電圧を直流電圧に変換する回路（ＡＣ−ＤＣコンバータ）との組み合わせを含む。インバータの出力は外部の交流電力系統と共通の負荷（例えば家電製品）に供給される。更に、余剰電力が外部の交流電力系統に逆潮流されても良い。

上記の電力変換装置では、保護装置がインバータと外部の電力系統との両方の出力を監視する。いずれかの出力に異常が検出された場合、保護装置はインバータを停止させ、かつ連系スイッチを遮断し、インバータを外部の電力系統から解列する。その電力系統が商用電力系統である場合、保護装置は特に単独運転防止部を含む。単独運転防止部は商用電力系統の停電時にインバータの単独運転を速やかに検出し、インバータを商用電力系統から解列する。保護装置による単独運転の検出方式には受動的方式と能動的方式とがある。一般には両方式の併用により、高い検出精度が確保される。受動的方式では、外部の電力系統の急激な出力変化からインバータの単独運転が検出される。能動的方式では、外部の電力系統の出力電圧の波形からわずかに変化した波形が制御目標の波形としてインバータに対して設定され、その波形の微小変化がインバータの実際の出力電圧の微小変動として現れるか否かでインバータの単独運転が検出される。従来の能動的方式では特に、インバータの出力波形の少なくとも半周期全体が変化する。それにより、インバータの単独運転時には、ノイズに関わらず、出力の微小変動が検出されやすい。

例えば太陽光発電システムでは、同じ建物内や近隣の複数の建物間で二台以上の電力変換装置が並列に接続され、同じ交流電力系統に連系される場合がある。その場合、各電力変換装置の単独運転防止部が交流電力系統の配電線を通し、互いに接続される。従って、交流電力系統の停電時、一つの単独運転防止部に対して複数のインバータから電圧が印加される。そのような条件下で各単独運転防止部が互いに独立に、同じ能動的方式で動作する場合、複数のインバータ間で出力の微小変動が相殺し得る。その結果、単独運転の実際の検出精度が低下して検出に想定外の遅れが生じ、単独運転が予期せず、長期間継続されるおそれがある。従来の発電システムは、複数の電力変換装置間で能動的方式による単独運転検出動作を同期させることで、検出の遅れを回避する（例えば、特許文献１、２参照）。具体的には、複数の電力変換装置間で単独運転防止部が専用の通信線で接続され、その中の一つが親機に設定され、残りが子機に設定される。その他に、各単独運転防止部が専用の通信線を通し、それらから独立したコントローラに接続されても良い。親機又はコントローラが所定のタイミングで同期信号を生成する。同期信号は通信線を通して各単独運転防止部に配信される。各単独運転防止部は同期信号のタイミングに合わせて能動的方式による単独運転検出動作を行う。それにより、複数のインバータ間で出力の微小変動の極性とタイミングとが一致する。こうして、単独運転の検出精度が高く維持される。
特許第3028205号公報 特開2004−350429号公報

特に太陽光発電システムは近年の普及が著しい。それに伴い、多数の太陽光発電システムが同じ交流電力系統に連系され、並列運転を行う事例が急増しているので、複数の電力変換装置間で能動的単独運転検出動作が互いに干渉する危険性が更に高まっている。従って、単独運転の高い検出精度を更に確実に維持することが求められている。しかし、上記のような従来の同期方式による検出精度の確保では、以下に述べるように、その確実性を更に向上させることが困難である。

まず、複数の電力変換装置間が同期信号専用の通信線で接続される場合（例えば特許文献１、２参照）、電力変換装置の台数が増えるほど通信線の設置が複雑化するので、発電システムの施工性を更に向上させることが困難である。一方、電力変換装置間の通信が無線で、又は電力線を通して行われる場合、通信がノイズ等の外乱に比較的弱いので、能動的単独運転検出動作を更に確実に同期させることが困難である。その上、一般には通信可能範囲が一つの住宅や施設に限られるので、近隣の住宅や施設に設置された複数の電力変換装置間では能動的単独運転検出動作を確実に同期させることが困難である。

次に、複数の電力変換装置のいずれかが予め同期信号の源として選択される場合（例えば特許文献１参照）、又は、複数の電力変換装置のいずれからも独立な同期制御装置が同期信号の源として設置される場合（例えば特許文献２参照）、もし同期信号の源に不具合が生じて同期信号が途絶えれば、電力変換装置間では能動的単独運転検出動作が同期され得ない。従って、選択されるべき電力変換装置、又は同期制御装置の信頼性を特に高く維持するための工夫が更に要求される。しかし、そのような工夫は一般には難しい。その他に、近隣の住宅や施設に設置された複数の電力変換装置間では、同期信号の源の選択や同期制御装置の設置が一般に困難である。

本発明は、並列する他の電力変換装置の出力変動からは影響を受けにくい能動的単独運転検出を実行可能にすることで、その検出精度を更に向上させ得る電力変換装置、の提供を目的とする。

本発明による電力変換装置は直流電源を交流電力系統に連系する電力変換装置であり；
その直流電源から出力される直流電圧を所定の波形の交流電圧に変換するインバータ部；
インバータ部の出力を監視する交流出力検出部；及び、
インバータ部により、インバータ部から出力されるべき上記の交流電圧に所定の重畳電圧を所定の周波数で重畳させ、その重畳後、交流出力検出部を通してインバータ部の実際の出力を監視し、インバータ部から実際に出力された交流電圧の中から上記の重畳電圧を検出しないときはインバータ部の出力を維持し、インバータ部から実際に出力された交流電圧の中から上記の重畳電圧を検出したときはインバータ部の出力を遮断する単独運転防止部；
を有する。好ましくは、上記の直流電源が、太陽光エネルギーを直流電力に変換する太陽電池モジュール、を含み、本発明によるこの電力変換装置と共に、太陽光発電システムに搭載される。

本発明によるこの電力変換装置では、単独運転防止部がインバータ部から出力されるべき交流電圧に重畳電圧、好ましくはその交流電圧の半周期より短い幅のテストパルス、を重畳する。この電力変換装置と並列に他の電力変換装置が同じ交流電力系統に連系される場合、他の電力変換装置が出力電圧全体を微小変動させても、又は出力電圧に他のパルスを重畳させても、上記の重畳電圧は相殺されにくい。従って、重畳電圧の重畳動作が他の電力変換装置の能動的単独運転検出動作とは非同期に実行されても、重畳電圧の検出精度が高く維持される。すなわち、本発明によるこの電力変換装置は、他の電力変換装置との並列運転の有無に関わらず、単独運転の検出精度を高く維持できる。

本発明による上記の電力変換装置では、好ましくは、単独運転防止部が重畳電圧の重畳動作を間欠的に行う。ここで、重畳動作の休止期間の長さは、例えば一定で良い。好ましくは、単独運転防止部が重畳動作の休止期間の長さを変化させる。更に好ましくは、その変化のパターンがランダムである。それにより、本発明によるこの電力変換装置と並列に他の電力変換装置が同じ交流電力系統に連系される場合、重畳電圧の重畳期間が他の電力変換装置の能動的単独運転検出期間とはほとんど一致しない。こうして、他の電力変換装置との並列運転の有無に関わらず、単独運転の検出精度が高く維持される。

本発明による上記の電力変換装置では、好ましくは、
電力変換装置が、所定のタイミングで制御信号を送出する信号生成部、を有し、
単独運転防止部がその制御信号を受信し、インバータ部から出力されるべき交流電圧に対する重畳電圧の位相をその制御信号のタイミングに対応させる。更に好ましくは、信号生成部が制御信号を交流出力検出部へ電力線を通して送出し、単独運転防止部がその制御信号を交流出力検出部を通して受信する。その他に、信号生成部が制御信号を無線で送出しても良い。特に、交流出力検出部からインバータ部の出力に関する情報を受信し、情報を画面に表示する表示部、を電力変換装置が更に有する場合は、信号生成部が表示部と共に、電力変換装置の他の構成要素が設置される筐体とは別の筐体内に設置されても良い。同じ発電システム内に複数の電力変換装置が並列に設置される場合、それらの電力変換装置が単一の信号生成部を兼用できるので、各単独運転防止部の回路構成が簡単化される。

好ましくは、上記の信号生成部が、時刻情報を管理する計時手段、を含み、制御信号の間隔のパターンで時刻情報を単独運転防止部に伝える。それにより、ノイズ等の外乱で制御信号の一部が失われても、時刻情報に基づいて他の部分から制御信号の全体のパターンが復元され得る。更に、単独運転防止部が、受信された時刻情報に基づき、内部クロックを信号生成部の計時手段と同期させ得るので、単独運転防止部が受信信号の中から、受信時刻や受信信号のパターンに基づいて制御信号を識別できる。こうして、単独運転防止部が制御信号を確実に受信できる。その上、単独運転防止部が重畳電圧を制御信号と同期させるので、重畳電圧の位相変化のパターンにも同じ時刻情報が反映される。従って、インバータ部の単独運転時では、ノイズ等の外乱、又は他の電力変換装置の出力変動により重畳電圧の一部が失われても、時刻情報に基づいて他の部分から重畳電圧全体のパターンが復元され得る。それに加え、単独運転防止部が電圧変化の検出時刻や検出された電圧変化のパターンから重畳電圧を識別できる。以上の結果、ノイズ等の外乱や他の電力変換装置との並列運転の有無に関わらず、単独運転の検出精度が高く維持される。

本発明による上記の電力変換装置では、単独運転防止部がインバータ部を無線で遠隔制御しても良い。特に、電力変換装置が上記の表示部を更に有する場合は、単独運転防止部が表示部と共に、電力変換装置の他の構成要素が設置される筐体とは別の筐体内に設置されても良い。同じ発電システム内に複数の電力変換装置が並列に設置される場合、それらの電力変換装置が単一の単独運転防止部を兼用できるので、発電システム全体の部品点数が低減する。

好ましくは、単独運転防止部が、時刻情報を管理する計時手段、を含み、重畳電圧の位相変化のパターンで時刻情報を表す。それにより、インバータ部の単独運転時では、ノイズ等の外乱、又は他の電力変換装置の出力変動により重畳電圧の一部が失われても、時刻情報に基づいて他の部分から重畳電圧全体のパターンが復元され得る。それに加え、単独運転防止部が電圧変化の検出時刻や検出された電圧変化のパターンから重畳電圧を識別できる。以上の結果、ノイズ等の外乱や他の電力変換装置との並列運転の有無に関わらず、単独運転の検出精度が高く維持される。

本発明による電力変換装置は上記の通り、従来の電力変換装置とは異なり、能動的な単独運転検出に重畳電圧（特にテストパルス）を利用する。重畳電圧の周波数はインバータ部から出力されるべき交流電圧の周波数とは異なるので、ノイズ等には埋もれにくい。それにより、本発明による電力変換装置は、交流電力系統の停電に伴うインバータ部の単独運転を確実にかつ迅速に検出し、インバータ部を速やかに停止できる。更に、重畳電圧（テストパルス）の検出は、並列に接続された他の電力変換装置の出力変動にはほとんど阻害されない。従って、従来の電力変換装置とは異なり、単独運転検出動作が他の電力変換装置の動作とは非同期に実行されても、検出精度が高く維持される。その上、複数の電力変換装置間で単独運転検出動作が同期しなくても良いので、電力変換装置間を接続すべき通信線や無線インタフェースが除去可能である。それ故、本発明による電力変換装置を搭載する発電システムは施工性が高い。

以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
《実施形態１》
本発明の実施形態１による発電システムは好ましくは、太陽光発電システムである（図１参照）。その他に、燃料電池システム、又は風力発電システムであっても良い。この発電システム100Aは電力変換装置10を含み、それにより、直流電源20を外部の交流電力系統（好ましくは商用電力系統）ACに連系し、共通の負荷（例えば、家電製品等に含まれているモータや照明）30に電力を供給する。発電システム100Aは更に、直流電源20の出力電力のうち、負荷30の消費電力を超える余剰電力を商用電力系統ACに逆潮流させても良い。ここで、直流電源20は好ましくは、太陽電池モジュール（及びその出力調整回路）である。その他に、燃料電池、又は、同期発電機とＡＣ−ＤＣコンバータとの組み合わせであっても良い。

発電システム100Aは一般に、他の同様な発電システム100Bと並列に、共通の商用電力系統ACに接続されている（図１参照）。例えば、複数の太陽光発電システムが同じ建物に設置されている場合、それらのシステムは一般に、屋内配線で互いに接続されている。その他に、近隣の各住宅に太陽光発電システムが設置されている場合、それらのシステムは一般に、同じ柱状トランスを介して互いに接続されている。

電力変換装置10は好ましくは、電力変換部11、表示装置12、及び単独運転防止部13を含む（図１参照）。電力変換部11は、直流電圧変換部1、インバータ部2、交流出力検出部3を含む（図３参照）。

直流電圧変換部1は直流電源20の出力電圧を適切なレベルに調節し、インバータ部2の変換効率を高く維持する。直流電源20が太陽電池モジュールである場合、好ましくは、直流電圧変換部1が以下のような昇圧チョッパとして構成される：直流電圧変換部1は、リアクトル1L、半導体スイッチ素子1S、ダイオード1D、平滑コンデンサ1C、及びスイッチ制御回路1Aを含む（図３参照）。直流電源20から直流電力が供給されているとき、スイッチ制御回路1Aが半導体スイッチ素子1Sを高速にオンオフさせる。半導体スイッチ素子1Sがオンである期間では、エネルギーがリアクトル1Lに蓄積される。半導体スイッチ素子1Sがオフである期間では、エネルギーがリアクトル1Lから放出され、ダイオード1Dと平滑コンデンサ1Cとを通してインバータ部2へ出力される。そのとき、出力電圧は半導体スイッチ素子1Sのオンデューティで調節可能である。スイッチ制御回路1Aは半導体スイッチ素子1Sのオンデューティを好ましくはＰＷＭ（パルス幅変調）方式で制御し、出力電圧を適切なレベルに維持する。尚、直流電圧変換部1が他の昇圧型コンバータで構成されても良い。更に、インバータ部2にとって適切なレベルが直流電源20の出力電圧より低い場合、直流電圧変換部1が降圧型コンバータとして構成されても良い。

インバータ部2は好ましくは、ブリッジ回路2Aとフィルタ回路2Bとの直列接続を含む（図３参照）。ブリッジ回路2Aは複数の半導体スイッチ素子を含み、それらのスイッチング動作をＰＷＭ方式で制御することにより、直流電圧変換部1の出力電力を交流電力に変換する。特に、インバータ部2から出力されるべき交流電圧に対する制御目標の波形が、商用電力系統ACの出力電圧の波形W0に設定される（図７の（a）参照）。フィルタ回路2Bは好ましくはＬＰＦ（ローパスフィルタ）であり、更に好ましくは、リアクトルとコンデンサとから構成される。ブリッジ回路2Aの出力をフィルタ回路2Bに通すことにより、滑らかな正弦波形の交流電力が出力される。

交流出力検出部3は、インバータ部2と商用電力系統ACとの両方から出力される交流電力を監視する。それにより、商用電力系統ACからの受電電流や電圧、又は、インバータ部2からの逆潮流に伴う売電電流や電圧が測定される。監視により得られた測定データは好ましくは、直流電圧変換部1、インバータ部2、及び単独運転防止部13に送出される。更に好ましくは、それらの測定データが、特に無線通信を通じ、電力変換装置10内に設置された各種の保護回路（図示せず）や、表示装置12に送出される。

表示装置12は好ましくは、表示部12Aと通信部12Bとを含む（図３参照）。表示部12Aは好ましくは、小型のディスプレイ（ＬＣＤやＥＬディスプレイ）を搭載する。その他に、ＬＥＤを用いた状態表示灯や警告灯を含んでも良い。通信部12Bは、直流電圧変換部1、インバータ部2、交流出力検出部3、及び単独運転防止部13のそれぞれとの間でデータを、無線で、又は電力線を通して交換する。

通信部12Bは更に信号生成部として機能し、特に、単独運転防止部13に対する制御信号を生成して所定のタイミングで送出する。好ましくは、通信部12Bが電力線を通して上記の制御信号を送出する。その他に、通信部12Bがその制御信号を無線で送出しても良い。制御信号はパルス信号であり、その周波数が商用電力系統ACの出力周波数（好ましくは60Hz）と等しい。通信部12Bは好ましくは、一定時間T1（好ましくは1sec）ごとに一定の発信期間T0（好ましくは数msec〜百数十msec）を設定し、各発信期間T0に数個〜十数個の制御信号Pcを連続して送出する（図４参照）。通信部12Bは更に、制御信号の各パルスPcのタイミングを、商用電力系統ACの出力電圧の波形に対して一定の位相に維持する。

例えば、表示装置12は交流出力検出部3から通信部12Bを通して測定データを受信し、その測定データに基づき、電力変換部11の出力電力（発電電力）、商用電力系統ACからの供給電力、及びそれぞれの積算値を計算する。計算結果は表示部12Aにより、数値又はグラフを用いてディスプレイに表示される。更に、電力変換部11や商用電力系統ACの出力に異常が生じた場合、表示装置12は、単独運転防止部13や電力変換装置10内の他の保護回路から通信部12Bを通し、上記の異常に関する通知を受ける。表示装置12はその通知に応じ、表示部12Aにより、警告と異常の内容とをディスプレイに表示し、又は異常の内容別に対応する警告灯を点灯させる。表示装置12は好ましくは、電力変換部11を含む筐体とは別の筐体に搭載され、視認性の高い場所（例えば住宅の居間）に設置される。その他に、表示装置12が電力変換部11と同じ筐体に一体化されても良い。

単独運転防止部13は、交流出力検出部3から受け取った測定データに基づき、商用電力系統ACの停電時にインバータ部2の単独運転を検出する。その単独運転が検出された場合は更に、単独運転防止部13が、インバータ部2を停止させ、又はインバータ部2の出力端子と外部の電力線との間を接続するスイッチ（図示せず）を切断してインバータ部2の出力を遮断する。それにより、インバータ部2が商用電力系統ACから解列し、その単独運転が防止される。単独運転防止部13は好ましくは、インバータ部2についての単独運転の検出に、能動的方式と受動的方式とをそれぞれ１つ以上利用する。本発明の実施形態１による単独運転防止部13は特に、能動的方式として以下の方法を用いる：

単独運転防止部13はまず、表示装置12内の通信部12Bから電力線に送出される制御信号を、交流出力検出部3を通して検出する。尚、制御信号が無線で送出される場合、単独運転防止部13が無線インタフェースを搭載し、それにより制御信号を受信する。単独運転防止部13は次に、所定の重畳電圧としてテストパルスPtをインバータ部2の制御目標の波形W0に重畳し、その重畳波形W1を新たな制御目標の波形としてインバータ部2に送出する（図７参照）。それにより、インバータ部2は、新たな制御目標の波形W1に従って出力電圧を調節する。ここで、テストパルスPtの幅は制御目標の波形（商用電力系統ACの出力波形）W0の半周期より十分に短い。更に、制御目標の波形W0に対するテストパルスPtの位相（重畳位置）TPが制御信号のタイミングに対応している。尚、重畳電圧としては上記のテストパルスの他に、一定の周波数（但し、商用電力系統ACの出力周波数とは異なる）を持つ交流電圧が利用されても良い。

単独運転防止部13は続いて、交流出力検出部3を通してインバータ部2の出力電圧の波形を監視する。商用電力系統ACが正常に機能している場合、その電力容量がインバータ部2の電力容量より遙かに大きいので、インバータ部2から実際に出力される電圧の波形からはテストパルスPtが平滑されて消失する。従って、交流出力検出部3を通して検出されるインバータ部2の出力電圧の波形が、元の商用電力系統ACの出力波形W0と等しく維持される。このように、制御目標の波形に対してテストパルスが重畳されたにも関わらず、インバータ部2の出力電圧の波形からはテストパルスが検出されない場合、単独運転防止部13はインバータ部2の動作をそのまま継続させる。一方、商用電力系統ACが停電している場合、インバータ部2の出力電圧の波形にはテストパルスPtが現れる。従って、交流出力検出部3を通してテストパルスが検出された場合、単独運転防止部13はインバータ部2を停止させ、又はインバータ部2の出力を遮断する。

ここで、インバータ部2の実際の出力にはノイズが多く含まれている。更に、図１に示されているように、複数の同様な発電システム100A、100B、…が同じ商用電力系統ACに並列に連系されている場合、個々の発電システム100A、100B、…が出力電圧にテストパルスを互いに非同期に重畳させる。従って、他の発電システム100B、…の出力電圧に重畳されたテストパルスが、インバータ部2の出力電圧に重畳されたテストパルスと重なる可能性がある。その結果、単独運転防止部13が一回の検出動作だけからはテストパルスとノイズとを識別しにくい。しかし、図４に示されている通り、各発信期間T0では複数の制御信号が連続して送出され、更に発信期間T0が一定時間T1ごとに繰り返される。それにより、単独運転防止部13がテストパルスの重畳動作と休止とを規則的に繰り返す。従って、商用電力系統ACの停電時に検出されるべきテストパルスは、比較的数が少なくても規則的なパターンを示す。それ故、単独運転防止部13はテストパルスの重畳動作と検出動作とを比較的少ない回数繰り返すだけで、テストパルスの検出精度を十分に高く維持できる。

単独運転防止部13は更に、上記の単独運転検出に加え、従来の能動的方式による単独運転検出（例えば、インバータ部2の出力の位相をずらす方法）を併用しても良い。その場合、好ましくは制御信号の発信期間T0の間隔が、図４に示されているように一定時間T1に固定されるのではなく、図５に示されている異なる時間T1、T2、T3、…のようにランダムに変化する。それにより、単独運転防止部13が重畳動作の休止期間の長さをランダムに変化させる。従って、特に図１に示されているように、複数の同様な発電システム100A、100B、…が同じ商用電力系統ACに並列に連系され、かつ個々の発電システム100A、100B、…がテストパルスの重畳動作を非同期に行う場合でも、インバータ部2の出力電圧に重畳されたテストパルスが、他の発電システム100B、…の出力電圧に重畳されたテストパルスによっては相殺されにくい。こうして、他の発電システムとの並列運転の有無に関わらず、単独運転防止部13がテストパルスの検出精度を高く維持できる。

表示装置12内の通信部12Bが更に、時刻情報（日付や時刻）を管理する計時手段（図示せず）を含み、制御信号の間隔のパターンでその時刻情報を単独運転防止部13に伝えても良い。それにより、ノイズ等の外乱で制御信号の一部が失われても、単独運転防止部13は時刻情報に基づき、無事に受信された他の部分から制御信号の全体のパターンを復元できる。更に、単独運転防止部13が、受信された時刻情報に基づき、内部クロックを通信部12Bの計時手段と同期させ得る。従って、単独運転防止部13が、受信信号の中から、受信時刻や受信信号のパターンに基づいて制御信号を容易に識別できる。こうして、単独運転防止部13が制御信号を確実に受信できる。その上、単独運転防止部13がテストパルスを制御信号と同期させるので、テストパルスの間隔のパターンにも同じ時刻情報が反映される。従って、インバータ部2の単独運転時では、ノイズ等の外乱、又は他の発電システム100B、…の出力変動によりテストパルスの一部が失われても、単独運転防止部13が時刻情報に基づき、無事に検出された他の部分からテストパルス全体のパターンを復元できる。それに加え、単独運転防止部13がパルスの検出時刻や検出されたパルスのパターンからテストパルスを識別できる。以上の結果、ノイズ等の外乱や他の発電システム100B、…との並列運転の有無に関わらず、単独運転防止部13がテストパルスの検出精度を高く維持できる。

《実施形態２》
本発明の実施形態２による発電システムは、単独運転防止部が表示装置に搭載されている点で、上記の実施形態１による発電システムとは異なる（図２参照）。図２では、図１に示されている構成要素と同様な構成要素に対し、図１に示されている符号と同じ符号を付す。更に、それら同様な構成要素の詳細は、実施形態１での説明を援用する。

本発明の実施形態２による発電システムでは、単独運転防止部13Aが表示装置12に搭載されている。それにより、好ましくは、単独運転防止部13Aが、電力変換部11を含む筐体とは別の、表示装置12を含む筐体に搭載され、電力変換部11から分離される。その場合、単独運転防止部13Aは好ましくは、表示装置12内の通信部12Bを利用し、インバータ部2を遠隔制御する。更に好ましくは、その遠隔制御が無線で行われる。一方、単独運転防止部13Aは実施形態１による単独運転防止部13（図１、３参照）とは異なり、通信部12Bを通して交流出力検出部3から測定データを入手する。このように、実施形態２による単独運転防止部13Aは、他の構成要素との間の通信を無線で行う点でのみ、実施形態１による単独運転防止部13と異なる。従って、インバータ部2の制御目標の電圧波形に対するテストパルスの重畳動作、及びそれによる単独運転の検出動作は実施形態１による単独運転防止部13の各動作と同様である。

好ましくは、単独運転防止部13Aが、時刻情報を管理する計時手段、を含み、テストパルスの間隔のパターンで時刻情報を表す。それにより、インバータ部2の単独運転時に、ノイズ等の外乱、又は他の発電システムの出力変動によりテストパルスの一部が失われても、単独運転防止部13Aが時刻情報に基づき、無事に検出された他の部分からテストパルス全体のパターンを復元できる。それに加え、単独運転防止部13Aがパルスの検出時刻や検出されたパルスのパターンからテストパルスを識別できる。以上の結果、ノイズ等の外乱や他の発電システムとの並列運転の有無に関わらず、単独運転防止部13Aがテストパルスの検出精度を高く維持できる。

《実施形態３》
本発明の実施形態３による発電システムは、直流電源と電力変換装置との組み合わせから成る系統を二つ以上並列に含む点、及びその二つ以上の系統間で表示装置が一つに統合されている点で、上記の実施形態１による発電システムとは異なる（図６参照）。図６では、図１に示されている構成要素と同様な構成要素に対し、図１に示されている符号と同じ符号を付す。更に、それら同様な構成要素の詳細は、実施形態１での説明を援用する。

この発電システム200は好ましくは太陽光発電システムであり、複数の直流電源（好ましくは、複数の太陽電池モジュール）20A、20B、…と同数の電力変換装置10A、10B、…、を並列に含む。各電力変換装置10A、10B、…、は複数の直流電源20A、20B、…、を一つずつ、共通の商用交流電力系統ACに連系する。一方、複数の電力変換装置10A、10B、…が一つの表示装置12に、電力線又は無線で通信可能に接続されている。それにより、複数の直流電源20A、20B、…、及び複数の電力変換装置10A、10B、…の各情報が同じ表示装置12に集約される。

逆に、各電力変換装置10A、10B、…では、単独運転検出部3が一つの通信部12Bから送出される同じ制御信号に従ってテストパルスの重畳動作を行う。従って、複数の電力変換装置10A、10B、…間でテストパルスが同期する。更に、単独運転検出部3がテストパルスを利用した単独運転の検出動作に加え、従来の能動的方式による単独運転の検出動作を行う場合、上記の制御信号を同期信号として兼用できる。こうして、複数の電力変換装置10A、10B、…間で単独運転の検出動作が互いに干渉しないので、それぞれの検出精度が高く維持される。

図６に示されている構成に代え、図２に示されている発電システムのように、単独運転防止部が表示装置12に搭載されても良い。すなわち、複数の電力変換装置10A、10B、…間で単独運転防止部が一つに統合されても良い。それにより、発電システム200全体の部品点数が低減する。更に、単独運転防止部が通信部12Bを通し、各電力変換装置10A、10B、…のインバータ部2に対して共通の遠隔制御を行う。従って、テストパルスの重畳動作が複数の電力変換装置10A、10B、…間で同期して相互の干渉を防ぐので、テストパルスの検出精度が高く維持される。

本発明の実施形態１による発電システムの構成を示すブロック図 本発明の実施形態２による発電システムの構成を示すブロック図 本発明の実施形態１による電力変換装置の構成を示すブロック図 本発明の実施形態１による通信部の発する制御信号のタイミングの一例を示すタイミングチャート 本発明の実施形態１による通信部の発する制御信号のタイミングの別例を示すタイミングチャート 本発明の実施形態３による発電システムの構成を示すブロック図 商用電力系統の出力電圧の波形図（a）、及び、本発明の実施形態１による単独運転防止部がインバータ部に対して設定する制御目標の出力電圧の波形図（b）

符号の説明

100A、100B 発電システム
10、10A、10B 電力変換装置
11 電力変換部
1 直流電圧変換部
1A スイッチ制御回路
1C 平滑コンデンサ
1D ダイオード
1L リアクトル
1S 半導体スイッチ素子
2 インバータ部
2A ブリッジ回路
2B フィルタ回路
3 交流出力検出部
12 表示装置
12A 表示部
12B 通信部
13、13A 単独運転防止部
20A、20B 直流電源
30 負荷
AC 商用電力系統

Claims (12)

1. 直流電源を交流電力系統に連系する電力変換装置であり；
   前記直流電源から出力される直流電圧を所定の波形の交流電圧に変換するインバータ部；
   前記インバータ部の出力を監視する交流出力検出部；及び、
   前記インバータ部により、前記インバータ部から出力されるべき前記交流電圧に所定の重畳電圧を所定の周波数で重畳させ、その重畳後、前記交流出力検出部を通して前記インバータ部の実際の出力を監視し、前記インバータ部から実際に出力された前記交流電圧の中から前記重畳電圧を検出しないときは前記インバータ部の出力を維持し、前記インバータ部から実際に出力された前記交流電圧の中から前記重畳電圧を検出したときは前記インバータ部の出力を遮断する単独運転防止部；
   を有する電力変換装置。
2. 前記重畳電圧が、前記交流電圧の半周期より短い幅のテストパルスであり、
   前記単独運転防止部が前記インバータ部により、前記インバータ部から出力されるべき前記交流電圧に前記テストパルスを所定の位相で重畳させる、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記単独運転防止部が前記重畳電圧の重畳動作を間欠的に行い、前記重畳動作の休止期間の長さを変化させる、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記電力変換装置が、所定のタイミングで制御信号を送出する信号生成部、を有し、
   前記単独運転防止部が前記制御信号を受信し、前記インバータ部から出力されるべき前記交流電圧に対する前記重畳電圧の位相を前記制御信号のタイミングに対応させる、
   請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記信号生成部が前記制御信号を前記交流出力検出部へ、電力線を通して送出し、
   前記単独運転防止部が前記制御信号を、前記交流出力検出部を通して受信する、
   請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記信号生成部が前記制御信号を無線で送出する、請求項４に記載の電力変換装置。
7. 前記交流出力検出部から前記インバータ部の出力に関する情報を受信し、前記情報を画面に表示する表示部、を前記電力変換装置が更に有し、
   前記信号生成部が前記表示部と共に、前記電力変換装置の他の構成要素が設置される筐体とは別の筐体内に設置される、
   請求項４に記載の電力変換装置。
8. 前記信号生成部が、時刻情報を管理する計時手段、を含み、前記制御信号の間隔のパターンで前記時刻情報を前記単独運転防止部に伝える、請求項４に記載の電力変換装置。
9. 前記単独運転防止部が前記インバータ部を無線で遠隔制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
10. 前記交流出力検出部から前記インバータ部の出力に関する情報を受信し、前記情報を画面に表示する表示部、を前記電力変換装置が更に有し、
    前記単独運転防止部が前記表示部と共に、前記電力変換装置の他の構成要素が設置される筐体とは別の筐体内に設置される、
    請求項９に記載の電力変換装置。
11. 前記単独運転防止部が、時刻情報を管理する計時手段、を含み、前記重畳電圧の位相変化のパターンで前記時刻情報を表す、請求項９に記載の電力変換装置。
12. 太陽光エネルギーを直流電力に変換する太陽電池モジュール；並びに、
    前記太陽電池モジュールから出力される直流電圧を所定の波形の交流電圧に変換するインバータ部、
    前記インバータ部の出力を監視する交流出力検出部、及び、
    前記インバータ部により、前記インバータ部から出力されるべき前記交流電圧に所定の重畳電圧を所定の周波数で重畳させ、その重畳後、前記交流出力検出部を通して前記インバータ部の実際の出力を監視し、前記インバータ部から実際に出力された前記交流電圧の中から前記重畳電圧を検出しないときは前記インバータ部の出力を維持し、前記インバータ部から実際に出力された前記交流電圧の中から前記重畳電圧を検出したときは前記インバータ部の出力を遮断する単独運転防止部、
    を有する電力変換装置；
    を具備する太陽光発電システム。

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