JP2009077612A - 系統連系インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で単独運転検出に関する計数を表示させることにより、設置場所に最適な整定値への変更を促し、より適切な系統連系システムの運用を行うことができるように導くことのできる系統連系インバータ装置を提供する。
【解決手段】直流電力を交流電力に変換し商用電力系統へと逆潮するインバータ１１を備えた系統連系インバータ装置１において、能動的方式で系統連系インバータ装置１の単独運転を検出する能動検出手段１３ｂと、受動的方式で単独運転を検出する受動検出手段１３ｃと、インバータの制御を行うと共に能動検出手段１３ｂ或いは受動検出手段１３ｃからの検出結果を基にインバータを停止させる制御手段１３と、能動検出手段１３ｂと受動検出手段１３ｃとが検出した単独運転への移行回数を計数する計数手段１３ｄとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、直流電力を出力する電源と商用電源とを連係する系統連系システムにおける系統連系インバータ装置に関する。

系統連系システムにおいては、例えば、停電等商用電力系統に事故が発生した場合や保守作業を行うために商用電力系統を開放したとき等、商用電源から配電線への電力の供給が停止する場合がある。この場合に、この商用電力系統に連系されている自家発電設備が単独運転を行うと商用電力系統の配電線に対して逆潮を行うことになり、作業者の感電や事故被害の拡大、負荷の破損等の危険を招来する。このため、商用電力系統の開放時等に生じる自家発電設備の単独運転を確実に防止する必要がある。

単独運転防止の方式としては、連系運転から単独運転へ移行したときの電圧位相または周波数等の変化を捉えて単独運転を検出する受動的方式と、発電設備等の有効電力出力または無効電力出力等に常時から変動を与えておき、発電設備等が単独運転に移行した際に生ずる周波数等の変化を検出すること等で単独運転を検出する能動的方式を挙げることができる。そして、系統連系システムにはこれらの両方の方式に基づく単独運転防止装置を備えることが必須となっている。単独運転は能動的方式が単独運転を検出することによって確定される。いずれの方式においても、単独運転に該当するか否かの判断は予め定められた「整定値」と呼ばれる値に基づいて行われる。

但し、通常整定値はひとつのみ設定されることから、発電設備等が停電していないにもかかわらず、単独運転と誤判定を行うことも生ずる。このような誤判定を防止する方法として、以下の特許文献１には、系統電圧から位相跳躍を判定する位相跳躍判定手段と、位相跳躍の判定があったときに位相跳躍値を単独運転判定しきい値と比較して異常を判定する位相跳躍値比較判定手段と、位相跳躍の直後において系統電圧の異常を判定する系統電圧異常判定手段と、この位相跳躍値比較判定手段と系統電圧異常判定手段との判定結果が不一致のときに単独運転判定しきい値を更新するしきい値更新手段を備える系統連系保護装置が開示されている。このしきい値更新手段は、系統連系システムのその設置条件下で位相跳躍が生ずるたびに常に最適な単独運転判定しきい値を学習して更新するため、時間が経過するにしたがって誤判定が減少し、停電時に限ってインバータの単独運転を確実に停止させて安全性を確保することができるとする。
特開２０００−９２７１９号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されている構成のように、電源事情に応じて位相跳躍、すなわち受動方式のしきい値を補正していく方法は、結局整定値の変更をおこなうことである。

整定値は系統連系システムの据え付け時にそのシステムを据え付ける者と電力会社とによって確認される内容であり、現時点では電力会社との合意なしに整定値を変更することは望ましくない。

また、地域ごとの電源事情についてはその地域に電力を供給する電力会社自身が把握するべき内容のひとつである。そして把握した内容に基づいて整定値等を細かく設定することで系統連系システムのより適切な運用を図ることができるが、実際には各地域の電源事情に即した設定、運用を行うのは難しく、必ずしも系統連系システムの適切な運用がなされているわけではない。そのため、特に受動検出手段からの検出結果に基づいて単独運転に移行したと誤って判断され、そのたびに連系運転が止まることになっては決して効率的であるとは言い難い。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡易な構成で単独運転検出に関する誤検出の計数を表示させることにより、設置場所に最適な整定値への変更を促し、より適切な系統連系システムの運用を行うことができるように導くことのできる系統連系インバータ装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、直流電力を交流電力に変換し商用電力系統へと逆潮するインバータを備えた系統連系インバータ装置において、能動的方式で系統連系インバータ装置の単独運転を検出する能動検出手段と、受動的方式で系統連系インバータ装置の単独運転を検出する受動検出手段と、インバータの制御を行うとともに、能動検出手段或いは受動検出手段からの検出結果を基に前記インバータを停止させる制御手段と、能動検出手段と受動検出手段とが検出した単独運転への移行回数を計数する計数手段とを備える。

本発明によれば、簡易な構成で単独運転検出に関する誤検出の計数を表示させることにより、設置場所に最適な整定値への変更を促し、より適切な系統連系システムの運用を行うことができるように導くことのできる系統連系インバータ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る系統連系インバータ装置１は、直流電力を出力する電源２と、商用電力系統３と接続されていわゆる系統連系システムＳを構成している。系統連系インバータ装置１は、電源２から出力される直流電力を交流電力に変換し、交流系統に接続された負荷設備（図示せず）に電力を供給するとともに、余剰電力を商用電力系統３に逆潮流する。

電源２としては、一般的に考えられるのは太陽電池であるが、直流電力を出力する装置であれば、例えば、バイオマス、或いは燃料電池、風力発電機等、いずれの発電装置であっても良い。

系統連系インバータ装置１内には、図１に示すように電源２から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ１１と、インバータ１１の出力段に設けられ、商用電力系統３との電気的な接続を開閉する開閉器１２と、インバータ１１や開閉器１２等の系統連系インバータ装置１内の各装置を制御する制御手段１３と、後述する７セグメント等の数値表示可能な報知手段１４とから構成される。

図２は、系統連系インバータ装置１内の制御手段１３の内部構成を示すブロック図である。制御手段１３は、系統連系インバータ装置１と商用電力系統３の接続部となる開閉器１２との間に設けられた電流や電圧を検出する検出手段１３ａと、この検出手段１３ａによって検出された電流や電圧に基づいて能動的方式によって系統連系インバータ装置１の単独運転を検出する能動検出手段１３ｂと、同じく検出手段１３ａによって検出された電流や電圧に基づいて受動的方式によって系統連系インバータ装置１の単独運転を検出する受動検出手段１３ｃと、これらの能動検出手段１３ｂと受動検出手段１３ｃにおける設定値である整定値データを記憶する記憶手段１３ｅと、計数手段１３ｄとから構成される。なお、記憶手段１３ｅは例えばＥＥＰＲＯＭからなり、記憶された整定値は外部操作によって書き換え可能となっている。

能動検出手段１３ｂは、上述したように、インバータ１１から商用電力系統３に供給する有効電力出力または無効電力出力等に常時から変動を与えておき、系統連系インバータ装置１が単独運転に移行した際に生ずる周波数等の変化を予め設定されている値（整定値）と比較することで単独運転を検出する方式を採用している。なお、能動検出手段１３ｂの方式としては、様々な方法があり、単独運転時に現われる周波数変動を検出する周波数シフト方式等を採用しても良い。

この単独運転に移行した際に生ずる周波数等の変化は、過電圧、不足電圧、電圧の周波数上昇、或いは電圧の周波数低下といった形で顕在化する。例えば、商用電力系統３からの給電が停止した場合（停電の場合）、インバータ１１から供給される電力が負荷設備の消費電力よりも大きければ電圧及び電圧の周波数は上昇し、一方、消費電力の方が小さければ電圧及び電圧の周波数は低下する。そこで、インバータ１１の出力が一定の条件を満たすか否かの判定基準値（整定値）以上或いは以下の電圧または電圧の周波数の場合には単独運転と判断する。

能動検出手段１３ｂによって単独運転であるとの判断に至ったときには単独運転、すなわち商用電力系統３の停電が確定され、所定の期間、例えば数分間の間、開閉器１２を開放し、この期間は系統連系運転を開始しないようになっている。

また、受動検出手段１３ｃは、連系運転から単独運転へ移行したときの電圧位相または周波数等の変化を捉えて単独運転を検出する方式を採用する。受動検出手段１３ｃとしては、例えば、単独運転移行時の系統連系インバータ装置１の出力が力率１の運転から負荷の力率に変化する瞬時の電圧位相の跳躍を検出する電圧位相跳躍検出方式等を挙げることができ、その他、各種ある受動的方式のいずれを採用しても良い。

一方で受動的方式は、極めて応答性の高い（高速）判定を行なうようになっており、誤検出の可能性も高い。そのため、受動検出手段１３ｃが単独運転を検出した時には、単独運転は確定せず、一旦インバータ１１の出力を停止するが、開閉器１２は接続状態を保持し、数秒の短時間をおいて、再度インバータ１１を起動させ、系統連系運転を開始する。

能動検出手段１３ｂ及び受動検出手段１３ｃの後段には各検出手段によって検出された単独運転の回数を計数する計数手段１３ｄが設けられている。この計数手段１３ｄでは、能動検出手段１３ｂの検出回数と受動検出手段１３ｃの検出回数をあわせてカウント（合算）したり、それぞれ独立してカウントさせても良いが、本発明の第１の実施の形態においては、能動検出手段１３ｂの検出結果を計数する場合はカウンタを減算し、一方受動検出手段１３ｃの検出結果についてはカウンタを加算する方法を採用した。

計数手段１３ｄの計数結果は、出力手段１３ｆに送られ、出力手段１３ｆは、計数結果を報知手段１４に出力する。報知手段１４は、例えば、７セグメントのデジタル数値表示器からなり、必要に応じて「−（マイナス）」も表示できるようにしても良い。

図３は、系統連系インバータ装置１の制御の流れを示すフローチャートである。まず系統連系インバータ装置１の運転が開始されるとともに計数手段１３ｄの値がリセットされる（ＳＴ１）。続いて制御手段１３が開閉器１２をＯＮし（開閉器１２を閉めて系統連系インバータ装置１と商用電力系統３とを接続し）（ＳＴ２）、系統連系が開始される前のチェックが行われる（ＳＴ３）。このチェックは、例えば、電源２の電圧や商用電力系統３の電圧、周波数等が適切な値であるかについて行われる。この際、商用電力系統３の電圧、周波数等のチェックは、検出手段１３ａの出力に基づき実施される。このチェックによって異常が発見された場合には（ＳＴ４のＹＥＳ）、再度チェックを繰り返し、正常であるとの判断がなされるまで、これを繰り返し、系統連系運転、すなわちインバータ１１の運転を開始しない。異常が発見されなかった場合には（ＳＴ４のＮＯ）、電源２と商用電力系統３との間で系統連系インバータ装置１を介して系統連系運転が開始される。

系統連系運転が開始されると、電源２によって出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ１１の運転が制御手段１３によって開始される（ＳＴ５）。系統連系運転中は随時、系統連系インバータ装置１が単独運転を行っていないかを監視する。この監視に当たっては、上述した能動検出手段１３ｂ及び受動検出手段１３ｃがそれぞれ検出手段１３ａによって検出された電流・電圧・周波数等の変化を検出し、その検出結果を記憶手段１３ｅにそれぞれ記憶された整定値と比較し、単独運転か否かを判断する（ＳＴ６、ＳＴ７）。

上述したように、能動検出手段１３ｂは商用電力系統３が停電したか否かを確定する。すなわち、能動検出手段１３ｂでは、検出結果と整定値とを比較し、能動検出手段１３ｂが単独運転を検出すれば（ＳＴ６のＹＥＳ）、インバータ１１の運転を一旦停止し、開閉器１２を開放（ＯＦＦ）して、商用電力系統３との接続を切断する（ＳＴ８）。計数手段１３ｄは能動検出手段１３ｂの単独運転検出により、その計数をひとつ減算する（ＳＴ９）。そして、報知手段１４にて計数手段１３ｄの計数結果が表示される（ＳＴ１０）。

最初に能動検出が行なわれた場合には計数値は「０」から減算されているので報知手段の表示は「−１」となる。なお、負側の数字はあまり意味がないので、計数手段の計数値が負の場合は、「０」を表示し続けるようにしても良い。上述したように、能動検出手段１３ｂの単独運転検出は停電を確定することとなるので、この場合は系統連系運転は数分間停止され、この間における単独運転を防止する（ＳＴ１１）。その後、数分が経過したところで、ステップＳＴ２へ戻って開閉器１２をＯＮして、系統連系運転に備える。

また、能動検出手段１３ｂが商用電力系統３は停電していない（系統連系インバータ装置１が単独運転を行っていない）と判断している状態でも（ＳＴ６のＮＯ）、受動検出手段１３ｃが単独運転に移行したか否かを検出している（ＳＴ７）。受動検出手段１３ｃにおいて単独運転に移行したと判断された場合には（ＳＴ７のＹＥＳ）、まず、インバータ１１のゲートブロックがＯＮし（ＳＴ１２）、インバータ１１の出力を停止させる。そして、計数手段１３ｄの計数をひとつ加算する（ＳＴ１３）とともに、計数手段１３ｄでの計数値が報知手段１４に表示される（ＳＴ１４）。なお、この際、開閉器１２はＯＮのままとし、数秒間インバータゲートブロックのＯＮを維持し（ＳＴ１５）た後、インバータ１１の運転が再開される（ＳＴ５）。

計数手段１３ｄの計数値は、能動検出手段１３ｂ及び受動検出手段１３ｃの単独運転検出の都度その計数が加減算され、その状態が報知手段１４に表示される（ＳＴ９、ＳＴ１３）。

受動検出手段１３ｃは極めて応答が早い検出を行なっており、その分、誤検出の可能性も高い。一方、能動検出手段１３ｂはその検出の応答性は低いが、確実に単独運転を検出するようになっており、誤検出の可能性はほとんどない。このため、一般的に能動検出手段１３ｂが商用電力系統３の停電を検出する回数よりも受動検出手段１３ｃが系統連系インバータ装置１の単独運転への移行を検出する回数の方が多くなる。そのため、計数手段１３ｄの報知する数値は、受動検出手段１３ｃで単独運転が検出されたが、能動検出手段１３ｂでは単独運転が検出されなかった回数ということになる。すなわち、報知手段１４によって報知される計数手段１３ｄの計数値は、受動検出手段１３ｃによる誤検出回数とほぼ一致することになる。従って、計数手段１３ｄの値を報知手段１４において示すことによって、その値が異常に大きい場合には系統連系インバータ装置１の使用者に整定値の見直しを促すきっかけとなる。

受動検出手段１３ｃの検出結果、系統連系インバータ装置１の単独運転への移行を検出しなかった場合は（ＳＴ７のＮＯ）、ステップＳＴ６へと戻り、系統連系運転中、単独運転の有無を監視し続ける（ＳＴ６、ＳＴ７）。

このように計数手段において能動検出手段の検出結果を減算し、一方で受動検出手段の検出結果を加算し、その結果を報知手段において表示させることによって、簡易な構成で単独運転検出に関する誤検出の計数を表示させることが可能となることから、設置場所に最適な整定値への変更を促し、より適切な系統連系システムの運用を行うことができるように導くことのできる系統連系インバータ装置を提供することができる。

なお、この実施例では計数手段によって、受動検出手段による単独運転検出で加算（＋１）し、能動検出手段による単独運転検出を減算（−１）することで、その計数値だけで誤検出回数を使用者が確認できるようにしたが、各検出手段の検出結果を独立してそれぞれアップカウントして、それぞれを報知手段１４に表示し、使用者がその差を計算することで誤検出の回数を確認できるようにしてもよい。

また、受動検出手段と能動検出手段の単独運転検出回数をそのまま加算（＋１）して、回数の多さを確認できるようにしてもほぼ同様の効果を得ることができる。すなわち、使用者が屋内にいれば、通常は停電の発生を認識することができる。したがって、使用者が認識した停電回数よりも計数された単独運転検出回数が大幅に多ければ、誤検出が頻発している可能性が高いと使用者は認識することができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態において、上述の第１の実施形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

第２の実施の形態においては、報知手段１４は、計数手段１３ｄの計数値が所定値、例えば２０回を超えた場合に、注意を促す報知ランプ（ＬＥＤなど）となっている。系統連系インバータ装置１の制御の基本部分は、図３に示す第１の実施の形態における系統連系インバータ装置１と同じである。

特徴部分は、図４の系統連系インバータ装置１の制御の流れを示すフローチャートに示すように、計数手段１３ｄにおいて能動検出手段１３ｂの検出結果を減算し（ＳＴ９）、一方で受動検出手段１３ｃの検出結果を加算する（ＳＴ１３）。計数手段１３ｄの計数値（差分）が設定値ｎを超えた場合には（ＳＴ２１ＹＥＳ）、誤検出が頻発しているとして報知手段１４のランプを点灯させる（ＳＴ２２）。なお、この図４のフローチャートで表わされている設定値ｎの値は、通常２０程度が設定されるが、系統連系インバータ装置１の設置場所に合わせて任意に定めることができる。

第２の実施の形態においては、能動検出手段の検出回数と受動検出手段の検出回数の差分を求め、所定の値よりも受動検出手段からの検出結果が多い場合に報知手段のランプを点灯させて、使用者に報知するようにしている。従って、単に能動検出手段と受動検出手段との検出結果の計数を報知するよりも系統連系インバータ装置１の使用者により理解しやすい状態で受動検出手段の誤検出の頻発を報知することができる。

この結果、使用者に対し、設置場所に最適な整定値への変更を促し、より適切な系統連系システムの運用を行うことができるように導くことのできる系統連系インバータ装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態に係る系統連系システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る制御手段の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る系統連系インバータ装置の制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る系統連系インバータ装置の制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…系統連系インバータ装置、２…電源、３…商用電力系統、１１…インバータ、１２…開閉器、１３…制御手段、１３ａ…検出手段、１３ｂ…能動検出手段、１３ｃ…受動検出手段、１３ｄ…計数手段、１３ｅ…記憶手段、１３ｆ…出力手段、１４…報知手段、Ｓ…系統連系システム

Claims (4)

1. 直流電力を交流電力に変換し商用電力系統へと逆潮するインバータを備えた系統連系インバータ装置において、
   能動的方式で前記系統連系インバータ装置の単独運転を検出する能動検出手段と、
   受動的方式で前記系統連系インバータ装置の単独運転を検出する受動検出手段と、
   前記インバータの制御を行うとともに、前記能動検出手段或いは前記受動検出手段からの検出結果を基に前記インバータを停止させる制御手段と、
   前記能動検出手段と前記受動検出手段とが検出した前記単独運転への移行回数を計数する計数手段と、
   を備えることを特徴とする系統連系インバータ装置。
2. 前記計数手段は、前記能動検出手段の検出結果は減算し、前記受動検出手段の検出結果は加算することにより計数を行うことを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
3. 前記計数手段による計数の結果を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の系統連系インバータ装置。
4. 前記報知手段は、前記計数手段の計数が予め設定された値よりも大きな値となったときに報知することを特徴とする請求項３に記載の系統連系インバータ装置。

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