JP2011135767A

JP2011135767A - 系統連系装置

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Publication number: JP2011135767A
Application number: JP2010257538A
Authority: JP
Inventors: Isao Morita; 功森田; Yasuhiro Makino; 康弘牧野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-07-07
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Abstract

【課題】本発明は、系統連系用リレーの設置スペースを小さくし、系統連系用リレーの接点の状態を監視できる系統連系装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、商用電力系統３０が正常に運転されている場合に、インバータ回路５を停止状態に制御し、系統連系用リレー７を開放状態に制御している時、系統連系用リレー７を構成する第一の系統連系用リレー７１、第二の系統連系用リレー７２について、第一の系統連系用リレー７１のＸ側と第二の系統連系用リレー７２のＺ側の電位差と、第一の系統連系用リレー７１のＹ側と第二の系統連系用リレー７２のＸ側の電位差をそれぞれフォトカプラ９１、９５によって検出することで、インバータ回路５と商用電力系統３０が連系する前に、第一の系統連系用リレー７１または第二の系統連系用リレー７２が溶着しているか否かを検出できることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池などから発生する直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統に供給する系統連系装置に関する。

従来より、太陽電池や燃料電池などから発電した直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統に電力を供給する系統連系装置が提供されている。

このような系統連系装置を含む系統連系システムの一例である太陽電池発電システムは、日射量に応じて発電力が変化する太陽電池と、この太陽電池からの直流電力を交流電力に変換する系統連系装置とにより構成され、商用系統に交流電力を供給するものである。

系統連系装置は、太陽電池の直流電圧を昇圧する昇圧回路、昇圧回路の出力を交流電圧に変換するインバータ回路、及びインバータ回路の出力を正弦波状にするフィルタ回路と、フィルタ回路と商用系統との間に接続された系統連系用リレーと、フィルタ回路と系統連系用リレーとの間に接続されその間に流れる電流を検出する電流検出部と、系統連系用リレーの商用電力系統側に設置された商用系統電圧検出部と、マイクロコンピュータからなり昇圧回路やインバータ回路の各スイッチ素子にＯＮ／ＯＦＦ信号を与える制御回路とで構成される。

系統連系用リレーは、それぞれ制御回路からの制御信号によって連系／解列が制御され、フィルタ回路と商用電力系統との間に接続されて、系統連系装置と商用系統との間を連系または解列するものである。しかし、この系統連系用リレーに用いるリレーで異常電流や接点寿命により接点の溶着現象が発生すると、制御回路からの制御信号を受けても系統連系装置を解列できないような状況が発生する可能性がある。

このような系統連系用リレーの異常による安全性の低下を検出するために、従来の系統連系装置では、各々の接点状態が同一になるような多接点リレーを用い、系統連系装置と商用電力系統を接続する接点とは異なる１接点を接点監視用として、その接点に流れる電流の有無を観測することで、他の接点についても同様の状態であると判断していた。（例えば、特許文献１）
特開２００８−３５６５５

しかしながら、上記のように系統連系装置と商用系統を接続する接点とは異なる１接点を接点監視用として用いる場合、接点の数が増え、その分系統連系用リレーの設置スペースの確保が必要となる。
本発明は、系統連系用リレーの設置スペースを小さくし、系統連系用リレーの接点の状態を監視できる系統連系装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、直流電力を交流電力に変換して一対の線路に前記交流電力を供給するインバータ回路と、前記一対の線路と商用電力系統とを接続する第一の系統連系用リレーと第二の系統連系用リレーと、前記前記インバータ回路、前記第一の系統連系用リレー、及び前記第二の系統連系用リレーの動作の制御を行う制御回路と、を備えた系統連系装置において、前記一対の線路の内一方の線路に前記第一の系統連系用リレーが配置され、前記一対の線路の内他方の線路に前記第二の系統連系用リレーが配置され、前記第一の系統連系用リレーの前記インバータ回路側と前記第二の系統連系用リレーの前記商用電力系統側との電位差を検出する第一電位差検出回路と、前記第一の系統連系用リレーの前記商用電力系統側と前記第二の系統連系用リレーの前記インバータ回路側との電位差を検出する第二電位差検出回路と、を備え、前記商用電力系統が停電している場合に、前記制御回路は、前記インバータ回路から前記一対の線路に電圧を印加させた際に、該電圧印加動作時に前記第二の系統連系用リレーを開放状態に制御したときは、前記第一電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第二の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別し、前記インバータ回路から前記一対の線路に電圧を印加させた際に、前記第一の系統連系用リレーを開放状態に制御したときは、前記第二電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第一の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別することを特徴とする。

本発明によれば、第一および第二の系統連系用リレーを用いてインバータ回路と商用電力系統との連系／解列を行い、それぞれの系統連系用リレーの溶着を、第一電位差検出回路、或いは第二電位差検出回路を用いて検出することができるため、リレーの接点数の増加を抑え、系統連系用リレーの設置スペースを小さくし、系統連系用リレーの接点の状態を監視できる系統連系装置を提供することができる。

また、上述の発明において、前記制御回路は、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第一の系統連系用リレーを開放状態に制御しているときは、前記第一電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第一の系統連系用リレーの接点が溶着状していると判別し、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第二の系統連系用リレーを開放状態に制御しているときは、前記第二電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第二の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記制御回路は、前記第一の系統連系用リレーの接点の溶着を判別する場合に、前記第二の系統連系用リレーを接続状態にし、前記第二の系統連系用リレーの接点の溶着を判別する場合に、前記第一の系統連系用リレーを接続状態にすることを特徴とする。

また、上述の発明において、前記第一電位差検出回路および／又は前記第二電位差検出回路は、発光部に電流が流れると作動するフォトカプラを有する検出回路であり、前記検出回路は、前記所定値以上の電位差が加えられると、前記電流が前記発光部に流れて発光し、前記制御回路は、前記発光を検知した場合に、前記リレーが溶着していると判断することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記直流電力は太陽電池や燃料電池、風力発電などの発電設備から発電されたことを特徴とする。

また、本発明の別の形態において、直流電力を交流電力に変換して一対の線路に前記交流電力を供給するインバータ回路と、前記一対の線路と商用電力系統とを接続する第一の系統連系用リレーと第二の系統連系用リレーと、前記前記インバータ回路、前記第一の系統連系用リレー、及び前記第二の系統連系用リレーの動作の制御を行う制御回路と、を備えた系統連系装置において、前記一対の線路の内一方の線路に前記第一の系統連系用リレーが配置され、前記一対の線路の内他方の線路に前記第二の系統連系用リレーが配置され、前記第一の系統連系用リレーの前記インバータ回路側と前記第二の系統連系用リレーの前記商用電力系統側との電位差を検出する第一電位差検出回路と、前記第一の系統連系用リレーの前記商用電力系統側と前記第二の系統連系用リレーの前記インバータ回路側との電位差を検出する第二電位差検出回路と、を備え、前記商用電力系統が電力供給状態にある場合に、前記制御回路は、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第一の系統連系用リレーを開放状態に制御しているときは、前記第一電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第一の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別し、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第二の系統連系用リレーを開放状態に制御しているとき、前記第二電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第二の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別することを特徴とする。

本発明によれば、系統連系用リレーの設置スペースを小さくし、系統連系用リレーの接点の状態を監視できる系統連系装置を提供することができる。

本発明に係る系統連系システムを示す図である。系統連系用リレー７１、７２の接点状態を判別するための第一電位差検出回路を示す図である。系統連系用リレー７１、７２の接点状態を判別するための第二電位差検出回路を示す図である。商用電力系統３０が電力供給時の制御回路８の溶着検知フローを示す。ノイズフィルタ回路６と系統連系用リレー７１、７２との間、及び系統連系用リレー７と商用電力系統との間に、グランドを共有する回路が配置された場合の本発明に係る系統連系システムを示す図である。商用電力系統３０が停電時の制御回路８の溶着検知フローを示す。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。

図１は本発明に係る系統連系装置を含む系統連系システムの一例である太陽光発電システムを示す構成図である。

この発電システムは、日射量に応じて発電力が変化する太陽電池１と、この太陽電池１で発電される直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統３０へ供給する系統連系装置２とにより構成されている。

系統連系装置２は、太陽電池１の直流電圧を昇圧する昇圧回路４、昇圧回路４の出力を交流電圧に変換するインバータ回路５、及びインバータ回路５の出力を正弦波状にするフィルタ回路６と、フィルタ回路６と商用電力系統３０との間に接続された系統連系用リレー７と、フィルタ回路６と系統連系用リレー７との間に接続されその間に流れる電流を検出する電流検出部（図示せず）と、系統連系用リレー７の商用電力系統３０側に設置された商用系統電圧検出部１１と、昇圧回路４とインバータ回路５との間から分岐した電路に接続され蓄電池１５０を充電する充放電回路１４０と、フィルタ回路６と系統連系用リレー７との間から分岐した電路に自立運転用リレー１２０を介して接続される自立運転用コンセント１３０と、マイクロコンピュータからなり昇圧回路４、インバータ回路５、及び充放電回路１４０を構成する各スイッチ素子にＯＮ／ＯＦＦ信号を与え、これらの回路の制御を行う制御回路８とで構成される。

昇圧回路４では、太陽電池１の出力電圧を予め定めた所定の電圧まで昇圧しており、この昇圧された直流電圧を入力としてインバータ回路５で所定の周波数の搬送波を商用電力系統と同じ周波数の変調波で変調させるＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行って擬似正弦波に変換した後、フィルタ回路６でインバータ回路５の出力に含まれる高周波成分を取り除くことにより正弦波状の交流電圧に変換して出力する。

昇圧回路４は、リアクトル４１と、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなスイッチ素子４２と、ダイオード４３と、コンデンサ４４とで構成される。具体的には、リアクトル４１の一端に太陽電池１の正極側を接続し、他端にはスイッチ素子４２のコレクタ側とダイオード４３のアノード側を接続する。また、スイッチ素子４２のエミッタ側には太陽電池１の負極側を接続し、ダイオード４３のカソード側はコンデンサ４４を介してスイッチ素子４２のエミッタ側に接続する。昇圧回路４の出力電圧は電圧検出器（不図示）によって検出され、その検出信号が制御回路８に入力されており、制御回路８で演算処理を行って決定したデューティ比のパルス信号がスイッチ素子４２のゲートに与えられ、昇圧回路４の出力電圧が所定の電圧になるフィードバック制御を行っている。

インバータ回路５は、ＩＧＢＴのようなスイッチ素子５１〜５４をフルブリッジ接続して構成される。インバータ回路５は、制御回路８によってその動作が制御され、具体的には、制御回路８のＰＷＭ制御にしたがって各スイッチ素子５１〜５４をスイッチングして、昇圧回路４からの直流電力を交流電力に変換するものである。このように、インバータ回路５は、変換した交流電力を一対の線路８１、８２に供給する。

フィルタ回路６は、リアクトル６１，６２とコンデンサ６３によって構成される。具体的には、直列接続されたスイッチ素子５３，５４の接続点にリアクトル６１の一端を接続し、直列接続されたスイッチ素子５１，５２の接続点にリアクトル６２の一端を接続する。そして、これらリアクトル６１，６２の他端間にコンデンサ６３を接続する。このように構成することでインバータ回路５から出力された交流電力の高周波成分を取り除いて、インバータ回路５の出力電圧を正弦波状の波形にし、商用系統３０に出力するものである。

系統連系用リレー７は、第一の系統連系用リレー７１、第二の系統連系用リレー７２によって構成され、一対の線路８１、８２と商用電力系統３０とを接続する。第一の系統連系用リレー７１、第二の系統連系用リレー７２はそれぞれ制御回路８からの制御信号によってその動作（接続状態／開放状態）が制御され、フィルタ回路６と商用電力系統３０との間に接続されている。具体的には、一対の線路８１、８２の内一方の線路８１に第一の系統連系用リレー７１が配置され、一対の線路８１、８２の内他方の線路８２に第二の系統連系用リレー７２が配置されている。第一の系統連系用リレー７１、及び第二の系統連系用リレー７２が接続状態になると、系統連系装置２と商用系統３０は連系し、第一の系統連系用リレー７１、及び系統連系用リレー７２が開放状態になると、系統連系装置２と商用系統３０は解列されることになる。このように、系統連系用リレー７を制御回路８が制御することで、系統連系装置２と商用系統３０は連系または解列し、電力供給が制御されている。

商用系統電圧検出部１１では、商用電力系統３０の電圧を検出する。検出された電圧は制御回路８に送られ、制御回路８は商用電力系統３０の電圧が運用規定の適正範囲内かどうかを判断する（例えば、制御回路８は、商用電力系統３０が電力供給状態であるか停電状態であるかを判断している。）。基本周波数は商用電力系統３０の周波数で６０Ｈｚや５０Ｈｚである。検出した出力電圧が適正範囲内であった場合は、商用電力系統３０が正常に運転されている電力供給状態と判断し、制御回路８によって系統連系装置２は通常の運転（連系運転）を行う。また、検出した出力電圧が適正範囲外であった場合は、商用電力系統３０が異常状態（例えば、停電状態など）と判断し、制御回路８によってインバータ回路５の停止（ゲート信号の遮断）、系統連系用リレー７の解列、昇圧回路４の停止などを行い系統連系装置２は運転を停止する。

また、系統連系装置２は、商用電力系統３０が異常状態である場合でも、負荷へ電力を供給できるように、自立運転用コンセント１３０を有している。商用電力系統３０が停電状態であると制御回路８にて判断された場合に、自立運転用コンセント１３０には、商用電力系統と周波数、及び電圧が等しい交流電力が供給される。この場合、制御回路８は、系統連系用リレー７を開放状態にし、自立運転用リレー１２０を接続状態にし、商用電力系統と周波数、及び電圧が等しい交流電力をインバータ回路５に生成させて、自立運転用コンセント１３０に電力を供給する。このようにすることで、商用電力系統３０が異常状態である場合（例えば、停電時）においても、自立運転用コンセント１３０から電力が供給されて所望の負荷に電力を供給することができる。尚、このように、商用電力系統３０へ電力の供給を行わずに負荷に電力を供給する運転を系統連系装置２が行っている状態を自立運転状態と呼ぶこととする。

充放電回路１４０は、昇圧回路５が出力した電力を利用して蓄電池１５０を充電する。また、商用電力系統３０の交流電力をインバータ回路５によって整流し、得られた整流電力を利用して蓄電池１５０を充電する。また、充放電回路１４０は、自立運転時に太陽電池１から出力される電力では、負荷への供給電力が足りない場合に動作（蓄電池から負荷へ電力を供給）し、安定して負荷に電力を供給できるように構成されている。

図２は、系統連系用リレー７１、７２の接点状態を判別するための第一電位差検出回路９Ａを示す図である。

第一電位差検出回路９Ａは、一端が第一の系統連系用リレー７１のインバータ回路５側（図１、図２中Ｗ点）に接続されており、他端は第二の系統連系用リレー７２の商用電力系統３０側（図１、図２中Ｚ点）に接続されている。

第一電位差検出回路９Ａは、発光部に電流が流れると作動するフォトカプラ９１、抵抗９２、ダイオード９３、及びプルアップ抵抗９４を有する検出回路であり、第一の系統連系用リレー７１に対して並列に抵抗９２、ダイオード９３、フォトカプラ９１の発光部（発光ダイオード）が接続されており、第一電位差検出回路９Ａの一端側から順に抵抗９２、ダイオード９３、フォトカプラ９１の発光部が直列に接続されている。

具体的には、抵抗９２の一端は第一の系統連系用リレー７１のインバータ回路側Ｗに接続されており、他端はダイオード９３のアノードに接続されている。また、ダイオード９３のカソードは、フォトカプラ９１の発光部のアノードに接続され、フォトカプラ９１の発光部のカソードは、第二の系統連系用リレー７２の商用電力系統側Ｚに接続されている。また、フォトカプラ９１の受光部（トランジスタ）は一端（エミッタ側）がグランドに接続され、もう一端（コレクタ側）はプルアップ抵抗９４によって、Ｈｉ（ＶＣＣ）／Ｌｏ（グランド）の検出信号Ａに変換される。即ち、第一電位差検出回路９Ａは、Ｗ−Ｚ間に所定値以上の電位差が加えられると、フォトカプラ９１の発光部に電流が流れて発光し、フォトカプラの受光部はこの発光を検知して検出信号ＡとしてＬｏ信号を制御回路８に出力する。

図３は、系統連系用リレー７１、或いは７２の接点状態を判別するための第二電位差検出回路９Ｂを示す図である。

第二電位差検出回路９Ｂは、一端が第二の系統連系用リレー７２のインバータ回路５側（図１、図３中Ｘ点）に接続されており、他端は第一の系統連系用リレー７１の商用電力系統３０側（図１、図３中Ｙ点）に接続されている。

第二電位差検出回路９Ｂは、発光部に電流が流れると作動するフォトカプラ９５、抵抗９７、ダイオード９６、及びプルアップ抵抗９８を有する検出回路であり、第二の系統連系用リレー７２に対して並列に抵抗９７、ダイオード９６、フォトカプラ９５の発光部（ダイオード）が接続されており、第二電位差検出回路９Ｂの一端側から順に抵抗９７、ダイオード９６、フォトカプラ９５の発光部が直列に接続されている。

具体的には、抵抗９７の一端は第二の系統連系用リレー７２の商用電力系統側Ｘに接続されており、他端はダイオード９６のアノードに接続されている。また、ダイオード９６のカソードは、フォトカプラ９５の発光部のアノードに接続され、フォトカプラ９５の発光部のカソードは、第一の系統連系用リレー７１の商用電力系統側Ｙに接続されている。また、フォトカプラ９５の受光部（トランジスタ）は一端（エミッタ側）がグランドに接続され、もう一端（コレクタ側）はプルアップ抵抗９８によって、Ｈｉ（ＶＣＣ）／Ｌｏ（グランド）の検出信号Ｂに変換される。即ち、第二電位差検出回路９Ｂは、Ｘ−Ｙ間に所定値以上の電位差が加えられると、フォトカプラ９５の発光部に電流が流れて発光し、フォトカプラの受光部はこの発光を検知して検出信号ＢとしてＬｏ信号を制御回路８に出力する。

制御回路８は、フォトカプラの発光部の発光を検出した場合（検出信号Ａ、或いは検出信号ＢのＬｏ信号を検出した場合）に、系統連系用リレー７１、７２が溶着していると判別する。検出信号Ａ、或いは検出信号ＢのＬｏ信号を制御回路８が検出するのは、上述のように、第一電位差検出回路９Ａ、或いは第二電位差検出回路９Ｂが、Ｗ−Ｚ間、或いはＸ−Ｙ間に所定値以上の電位差が加えられることによって行われるため、制御回路８は、Ｗ−Ｚ間、Ｘ−Ｙ間の電位差が所定値以上の場合に系統連系用リレー７１、７２が溶着していると判別していると言える。

制御回路８は、商用電力系統３０が電力を供給している場合（電力供給時）と、停電している場合（停電時）とにおいて、溶着を検知する系統連系用リレー７１、７２に対して検出する信号Ａ、Ｂを切り替えている。このようにすることで、商用電力系統が停電時においても、電力供給時においても系統連系用リレーが溶着しているか否かを的確に判別することができる。以下、商用電力系統３０が電力を供給している場合と、停電している場合とで制御回路８の溶着検知動作について具体的に述べる。

（商用電力系統３０が電力供給時の溶着検知について）
商用電力系統３０が電力供給状態である場合に、制御回路８は、インバータ回路５を停止させた際に、第一の系統連系用リレー７１を開放状態に制御しているときは、第一電位差検出回路７１の検出する電位差が所定値以上であれば（検出信号ＡがＬｏであれば）、第一の系統連系用リレー７１の接点が溶着していると判別する。また、制御回路８は、インバータ回路５を停止状態させた際に、第二の系統連系用リレー７２を開放状態に制御しているときは、第二電位差検出回路９Ｂの検出する電位差が所定値以上であれば（検出信号ＢがＬｏであれば）、第二の系統連系用リレー７２の接点が溶着していると判別する。

第一の系統連系用リレー７１に溶着が生じた場合には、制御回路８からこの第一の系統連系用リレー７１を開放状態にする制御信号が出力されていたとしても、第一の系統連系用リレー７１が接続された状態になる。このため、商用系統３０から、第一の系統連系用リレー７１、抵抗９２、ダイオード９３、フォトカプラ９１の発光部を経由して、商用系統３０に至る経路に電流が流れるので、フォトカプラ９１の受光部のコレクタ側に検出信号Ａ（Ｌｏ）が検出される。制御回路８は、この検出信号Ａを受けて第一の系統連系用リレー７１が溶着した状態であると判断する。このように、制御回路８は、第一電位差検出回路９Ａの検出するＷ−Ｚ間の電位差に基づいて第一の系統連系用リレー７１の接点が溶着しているか否かを判別することができる。

また、第二の系統連系用リレー７２に溶着が生じた場合には、制御回路８からこの第二の系統連系用リレー７２を開放状態にする制御信号が出力されていたとしても、第二の系統連系用リレー７２は接続された状態になる。このため、商用系統３０から、第二の系統連系用リレー７２、抵抗９７、ダイオード９６、フォトカプラ９５の発光部を経由して、商用系統３０に至る経路に電流が流れるので、フォトカプラ９５の受光部のコレクタ側に検出信号Ｂ（Ｌｏ）が検出される。制御回路８は、この検出信号Ｂを受けて第二の系統連系用リレー７２が溶着した状態であると判断する。このように、制御回路８は、第二電位差検出回路９Ｂの検出するＸ−Ｙ間の電位差に基づいて第二の系統連系用リレー７２の接点が溶着しているか否かを判別することができる。

図４に商用電力系統３０が電力供給時の制御回路８の溶着検知フローを示す。商用電力系統３０が電力供給時に、制御回路８によって溶着検知がスタートすると、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、制御回路８は、第一の系統連係用リレー７１、及び第二の系統連係用リレー７２が開放状態になるように信号を系統連系用リレー７１、７２に送りステップＳ１２へ移行する。

ステップＳ１２では、制御回路８は検出信号ＡがＨｉ状態であるか否かを判別することで、第一の系統連係用リレー７１が溶着しているか否かを判別する。制御回路８は、検出信号ＡがＨｉ状態である場合に、第一の系統連係用リレー７１が溶着していないと判断し、ステップＳ１３へ移行する。また、制御回路８は、検出信号ＡがＬｏ状態である場合に、第一の系統連係用リレー７１が溶着していると判断し、ステップＳ１５へ移行する。

ステップＳ１３では、制御回路８は検出信号ＢがＨｉ状態であるか否かを判別することで、第二の系統連係用リレー７２が溶着しているか否かを判別する。制御回路８は、検出信号ＢがＨｉ状態である場合に、第二の系統連係用リレー７２が溶着していないと判断し、ステップＳ１４へ移行する。また、制御回路８は、検出信号ＢがＬｏ状態である場合に、第二の系統連係用リレー７２が溶着していると判断し、ステップＳ１５へ移行する。

ステップＳ１４では、制御回路８は、インバータ回路５の運転を開始し、系統連系用リレー７を接続状態にして、商用電力系統３０との連系運転を開始する。

ステップＳ１５では、ユーザーに異常がある旨報知する。例えば、表示部（図示しない）に異常（リレーの溶着）がある旨を表示したり、警報を鳴らしてユーザーに報知するようにすると良い。

（商用電力系統３０が停電時の溶着検知について）
次に、商用電力系統３０が停電している場合について述べる。商用電力系統３０が停電している場合に、制御回路８は、インバータ回路５から一対の線路８１、８２に電圧を印加させた際に、第二の連系用リレーを開放状態に制御したときは、第一電位差検出回路９Ａの検出する電位差が所定値以上であれば（検出信号ＡがＬｏであれば）、第二の系統連系用リレー７２の接点が溶着していると判別する。

制御回路８が溶着検知する際のインバータ回路５から一対の線路８１、８２への電圧の印加（以下、この電圧印加の動作を電圧印加動作という）について説明する。電圧印加動作では、溶着を検出しない系統連系用リレー７１、７２が接続される一対の線路８１、８２の電位が、溶着を検出する系統連系用リレー７１、７２が接続される一対の線路８１、８２の電位よりも高くなるように、パルス信号（電圧）が一対の線路８１、８２に出力（印加）される。

即ち、第一の系統連系用リレー７１の溶着を検出する場合には、一対の線路８１、８２の内他方の線路８２の線路の電位（Ｘ点の電位）が、一対の線路８１、８２の内一方の線路８１の線路の電位（Ｗ点の電位）よりも高くなるパルス信号を出力し、第二の系統連系用リレー７２の溶着を検出する場合には、一対の線路８１、８２の内一方の線路８１の線路の電位（Ｗ点の電位）が、一対の線路８１、８２の内他方の線路８２の線路の電位（Ｘ点の電位）よりも高くなるパルス信号をインバータ回路５は出力する（そのように制御回路８がインバータ回路５を制御する）。

制御回路８は、インバータ回路５から一対の線路８１、８２に電圧を印加させた際に、第一の連系用リレー７１を開放状態に制御したときは、第二電位差検出回路９Ｂの検出する電位差が所定値以上であれば（検出信号ＢがＬｏであれば）、第一の系統連系用リレー７１の接点が溶着していると判別する。

制御回路８は、第一の系統連系用リレー７１の接点の溶着を判別する場合に、第二の系統連系用リレー７２を接続状態にし、第二の系統連系用リレー７２の接点の溶着を判別する場合に、第一の系統連系用リレー７１を接続状態にしている。このように溶着の判断を行わない系統連系用リレー７１、７２を接続状態にすることで、図５に示すようにノイズフィルタ回路６と系統連系用リレー７１、７２との間、及び系統連系用リレー７と商用電力系統との間に、グランドを共有する回路（図５では、ノイズフィルタ回路１００、１１０）が配置される場合に、電位差検出回路９Ａ、９Ｂを含んでグランドを回り込む閉ループ回路（例えば、図５点線ＣＬＣ）に電流が流れて溶着を誤検出してしまう状態を回避できる。この理由を以下に説明する。尚、この説明は簡単のため、第一電位差検出回路９Ａを用いて第二の系統連系用リレー７２の溶着を検出する場合について述べるが、逆の場合（第二電位差検出回路９Ｂを用いて第一の系統連系用リレー７１の溶着を検出する場合）についても同様のことが言える。

商用電力系統３０が停電状態の場合は、系統連系用リレー７１、７２より商用電力系統側の線路８３、８４に電力が供給されていない状態になる。このため、線路８３、８４の電位が安定しない状態になり、電位が安定していれば電流が流れることのない閉ループ回路ＣＬＣに電流が流れてしまう。

溶着の判断を行わない第一の系統連系用リレー７１を接続状態にすると、Ｗ点から第一電位差検出回路９Ａを経由してノイズフィルタ回路に接続される第一回路ＣＬＣ１（図５二点鎖線ＣＬＣ１）と、Ｗ点から第一の系統連系用リレー７１を経由してノイズフィルタ回路に接続される第二回路ＣＬＣ２（図５一点鎖線ＣＬＣ２）とが形成される。この場合、第一回路ＣＬＣ１と第二回路ＣＬＣ２は互いに並列に接続される関係となる。第二回路ＣＬＣ２のインピーダンスは、第二回路ＣＬＣ２間に抵抗等が配置されていないため、第一電位差検出回路９Ａを有する第一回路ＣＬＣ１のインピーダンスに比べてはるかに小さくなる。

従って、Ｗ−Ｘ間に電圧が印加された場合に、殆どの電流はＷ点で分岐して第二回路ＣＬＣ２を通ってノイズフィルタ回路１１０に流れ込むようになる。このため第一電位差検出回路９Ａには電流が殆ど流れ込まないようになるため、溶着を誤検出してしまう状態を回避することができる。

図６に商用電力系統３０が停電時の制御回路８の溶着検知フローを示す。商用電力系統３０が停電時に、制御回路８によって溶着検知がスタートすると、ステップＳ２１に移行する。

制御回路８は、第一の系統連係用リレー７１が開放状態になるように、第二の系統連係用リレー７２が接続状態になるように夫々の系統連系用リレー７１、７２に信号を送りステップＳ２２へ移行する。

ステップＳ２２では、制御回路８は、Ｘ点の電位がＷ点の電位よりも高くなるパルス信号をインバータ回路５から一対の線路８１、８２に出力させてステップＳ２３へ移行する。

ステップＳ２３では、制御回路８は、検出信号ＢがＨｉ状態であるか否かを判別することで、第一の系統連係用リレー７１が溶着しているか否かを判別する。制御回路８は、検出信号ＢがＨｉ状態である場合に、第一の系統連係用リレー７１が溶着していないと判断し、ステップＳ２４へ移行する。また、制御回路８は、検出信号ＢがＬｏ状態である場合に、第一の系統連係用リレー７１が溶着していると判断し、ステップＳ２８へ移行する。

ステップＳ２４では、制御回路８は第一の系統連係用リレー７１が接続状態になるように、第二の系統連係用リレー７２が開放状態になるように夫々の系統連系用リレー７１、７２に信号を送りステップＳ２５へ移行する。

ステップＳ２５では、制御回路８は、Ｗ点の電位がＸ点の電位よりも高くなるパルス信号をインバータ回路５から一対の線路８１、８２に出力させてステップＳ２６へ移行する。

ステップＳ２６では、制御回路８は、検出信号ＡがＨｉ状態であるか否かを判別することで、第二の系統連係用リレー７２が溶着しているか否かを判別する。制御回路８は、検出信号ＡがＨｉ状態である場合に、第二の系統連係用リレー７２が溶着していないと判断し、ステップＳ２７へ移行する。また、制御回路８は、検出信号ＡがＬｏ状態である場合に、第二の系統連係用リレー７２が溶着していると判断し、ステップＳ２８へ移行する。

ステップＳ２７では、制御回路８は、インバータ回路５の運転を開始し、系統連系用リレー７を開放状態にし、自立運転用リレーを接続状態にし、負荷へと電力を供給する自立運転動作を開始する。

ステップＳ２８では、ユーザーに異常がある旨報知する。例えば、表示部（図示しない）に異常（リレー溶着）がある旨を表示したり、警報を鳴らしてユーザーに報知するようにすると良い。

以上の実施形態によれば、商用電力系統３０が正常に運転されている場合に、インバータ回路５が停止状態に制御され、系統連系用リレー７が解列状態に制御されている時、系統連系用リレー７を構成する第一の系統連系用リレー７１、第二の系統連系用リレー７２について、第一の系統連系用リレー７１のＷ側と第二の系統連系用リレー７２のＺ側の電位差と、第一の系統連系用リレー７１のＹ側と第二の系統連系用リレー７２のＸ側の電位差をそれぞれ電位差検出回路９Ａ、９Ｂ（フォトカプラ９１、９５）によって検出することで、インバータ回路５と商用電力系統３０が連系する前に、第一の系統連系用リレー７１または第二の系統連系用リレー７２が溶着しているか否かを検出できる。

また、商用電力系統３０が停電中の場合に、系統連系用リレー７が解列状態に制御されている時、インバータ回路５から第一の系統連系用リレー７１のＷ側が第二の系統連系用リレー７２のＸ側より電位が高くなるようにパルス信号を出し、第二の系統連系用リレー７２について、第一の系統連系用リレー７１のＷ側と第二の系統連系用リレー７２のＺ側の電位差を第一電位差検出回路９Ａ（フォトカプラ９１）によって検出することで、第二の系統連系用リレー７２が溶着しているか否かを検出できる。同様に、第二の系統連系用リレー７２のＸ側が第一の系統連系用リレー７１のＷ側より電圧が高くなるようにパルス信号を出し、第一の系統連系用リレー７１について、第二の系統連系用リレー７２のＸ側と第一の系統連系用リレー７１のＹ側の電位差を第二電位差検出回路９Ｂ（フォトカプラ９５）によって検出することで、第一の系統連系用リレー７１が溶着しているか否かを検出できる。

また、それぞれの系統連系用リレー７１、７２の溶着を、第一電位差検出回路９Ａ、或いは第二電位差検出回路９Ｂを用いて検出することができるため、リレーの接点数の増加を抑え、系統連系用リレー７１、７２の設置スペースを小さくすることができる。

また、個別の第一及び第二の系統連系用リレー７１、７２、及び電位差検出回路９Ａ、９Ｂを用いて系統連系用リレー７の溶着の判断を行っているため、高価な多接点リレー（例えば、各々の接点状態が同一になるようなリレーであり、連系用接点の他に接点状態検出用接点を有するもの）を利用せずに、安価に溶着の判断を行う回路を実装できる。

また、本実施例では、電位差検出回路９Ａ、９Ｂ内において、フォトカプラ９１、９５を用いて、インバータ回路５（或いは商用電力系統３０）からの電力供給により電流が流れる回路（発光部側）と、検出信号Ａ、Ｂが出力される回路（受信部側）との絶縁を行っていたが、これらの回路間において絶縁がなされれば良く、例えば、絶縁トランス等を用いることもできる。具体的には、インバータ回路５が停止状態に制御され、系統連系用リレー７が解列状態（開放状態）に制御されている時、系統連系用リレー７を構成する第一の系統連系用リレー７１、第二の系統連系用リレー７２について、第一の系統連系用リレー７１のＷ側と第二の系統連系用リレー７２のＸ側の電位差と、第一の系統連系用リレー７１のＹ側と第二の系統連系用リレー７２のＺ側の電位差をそれぞれトランスによって検出することで、インバータ回路５と商用電力系統３０が連系する前に、第一の系統連系用リレー７１または第二の系統連系用リレー７２が溶着しているか否かを検出できる。

また、上述の実施形態では電位差検出回路９Ａ、９Ｂではフォトカプラ９１、９５を用いて、Ｗ−Ｚ間、或いはＸ−Ｙ間の電位差（電圧）が所定値以上であるか否かを判別したが、電圧計を用いてＷ−Ｚ間、或いはＸ−Ｙ間の電圧を直接計測して、これらの間の電位差が所定値以上であるか否かを判別しても良い。

また、上述の実施形態では商用電力系統３０が電力供給時において、制御回路８は、系統連系用リレー７１、７２を開放状態に制御したが、商用電力系統３０が電力供給時においても停電時と同様に、溶着を検知しない方の系統連系用リレー７１、７２を接続状態にする制御を行っても良い。このようにすることで確実に系統連系用リレー７１、７２の溶着を検出をすることができる。尚、商用電力系統３０が電力供給時に溶着を検知する場合に、系統連系用リレー７１、７２を開放状態に制御するときは、リレーのＯＮ、ＯＦＦの切り替え回数が少なくなるため、リレーの寿命を延ばすことができる。

また、上述の実施形態では、直流電源として太陽電池１と蓄電池１５０の複数を並列して入力とする系統連系装置２について述べたが、太陽電池１と蓄電池１５０の内どちらか片方のみを入力するような系統連系装置にも本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態では、直流電力として、太陽電池１や蓄電値１５０の出力する直流電力を用いた例を記載したが、燃料電池、風力発電等の発電設備が出力する直流電力を用いても良い。

また、上述の実施形態では、系統連系用リレー７１、系統連系用リレー７２の２つの個別のリレーを用いていたが、多接点リレー等複数のリレーが１つの筺体に収められているリレーを用いても良い。この場合でもリレーの接点数の増加を抑制できるので、小型の多接点リレーを用いることができ、リレーの設置スペースを小さくできる。

また、上述の実施形態では、自立運転時に自立運転用コンセント１３０を介して交流電力を供給していたが、自立運転用コンセント１３０の代わりに端子や端子台等を利用しても良い。即ち、系統連系装置２は、自立運転時に交流電力を供給可能な電力供給部（自立運転用コンセント１３０、端子台など）を有していれば良い。

１太陽電池
２系統連系装置
４昇圧回路
５インバータ回路
６フィルタ回路
７系統連系用リレー
８制御回路
９Ａ第一電位差検出回路
９Ｂ第二電位差検出回路
７１第一の系統連系用リレー
７２第二の系統連系用リレー
８１、８２一対の線路
９１、９５フォトカプラ
１００、１１０ノイズフィルタ回路
ＣＬＣ閉ループ回路
１２０自立運転用リレー
１３０自立運転用コンセント
１４０充放電回路
１５０蓄電池

Claims

直流電力を交流電力に変換して一対の線路に前記交流電力を供給するインバータ回路と、
前記一対の線路と商用電力系統とを接続する第一の系統連系用リレーと第二の系統連系用リレーと、
前記前記インバータ回路、前記第一の系統連系用リレー、及び前記第二の系統連系用リレーの動作の制御を行う制御回路と、を備えた系統連系装置において、
前記一対の線路の内一方の線路に前記第一の系統連系用リレーが配置され、
前記一対の線路の内他方の線路に前記第二の系統連系用リレーが配置され、
前記第一の系統連系用リレーの前記インバータ回路側と前記第二の系統連系用リレーの前記商用電力系統側との電位差を検出する第一電位差検出回路と、
前記第一の系統連系用リレーの前記商用電力系統側と前記第二の系統連系用リレーの前記インバータ回路側との電位差を検出する第二電位差検出回路と、を備え、
前記商用電力系統が停電している場合に、前記制御回路は、前記インバータ回路から前記一対の線路に電圧を印加させた際に、該電圧印加動作時に前記第二の系統連系用リレーを開放状態に制御したときは、前記第一電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第二の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別し、前記インバータ回路から前記一対の線路に電圧を印加させた際に、前記第一の系統連系用リレーを開放状態に制御したときは、前記第二電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第一の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別することを特徴とする系統連系装置。
前記制御回路は、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第一の系統連系用リレーを開放状態に制御しているときは、前記第一電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第一の系統連系用リレーの接点が溶着状していると判別し、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第二の系統連系用リレーを開放状態に制御しているときは、前記第二電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第二の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別することを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置。
前記制御回路は、前記第一の系統連系用リレーの接点の溶着を判別する場合に、前記第二の系統連系用リレーを接続状態にし、前記第二の系統連系用リレーの接点の溶着を判別する場合に、前記第一の系統連系用リレーを接続状態にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の系統連系装置。
前記第一電位差検出回路および／又は前記第二電位差検出回路は、発光部に電流が流れると作動するフォトカプラを有する検出回路であり、
前記検出回路は、前記所定値以上の電位差が加えられると、前記電流が前記発光部に流れて発光し、
前記制御回路は、前記発光を検知した場合に、前記リレーが溶着していると判断することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の系統連系装置。
前記直流電力は太陽電池や燃料電池、風力発電などの発電設備から発電されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の系統連系装置。
直流電力を交流電力に変換して一対の線路に前記交流電力を供給するインバータ回路と、
前記一対の線路と商用電力系統とを接続する第一の系統連系用リレーと第二の系統連系用リレーと、
前記前記インバータ回路、前記第一の系統連系用リレー、及び前記第二の系統連系用リレーの動作の制御を行う制御回路と、を備えた系統連系装置において、
前記一対の線路の内一方の線路に前記第一の系統連系用リレーが配置され、
前記一対の線路の内他方の線路に前記第二の系統連系用リレーが配置され、
前記第一の系統連系用リレーの前記インバータ回路側と前記第二の系統連系用リレーの前記商用電力系統側との電位差を検出する第一電位差検出回路と、
前記第一の系統連系用リレーの前記商用電力系統側と前記第二の系統連系用リレーの前記インバータ回路側との電位差を検出する第二電位差検出回路と、を備え、
前記商用電力系統が電力供給状態にある場合に、前記制御回路は、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第一の系統連系用リレーを開放状態に制御しているときは、前記第一電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第一の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別し、前記インバータ回路を停止させた際に、前記第二の系統連系用リレーを開放状態に制御しているとき、前記第二電位差検出回路の検出する電位差が所定値以上であれば前記第二の系統連系用リレーの接点が溶着していると判別することを特徴とする系統連系装置。