JP2012205328A - 系統連系装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、連系運転が可能な電力を太陽電池が供給できるか否かを判定する際に電力が供給される負荷やスイッチ回路について、耐圧の低いものが利用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】
系統連系装置２の起動にかかり、系統連系用リレー７を開状態にし、昇圧回路のスイッチング素子４２を開状態にした後、インバータ回路５は、このインバータ回路５の出力電流を徐々に増加するように、昇圧回路４１から出力される直流電力を交流電力へ変換して交流負荷９２へ供給し、この交流電力が所定の電力より大きくなった場合に、系統連系用リレー７を閉状態へ切り替えスイッチング素子４２を周期的に開閉させる制御を開始することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換して、この太陽電池を商用電力系統へと連系させる系統連系装置に関する。

従来より、日射量に応じて発電量が変化する太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換し、系統連系用リレーを介して商用電力系統へ連系する系統連系装置が提供されている。

系統連系装置は、太陽電池の出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路、昇圧回路の出力電力を交流電力に変換するインバータ回路、及びこの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、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及び系統連系用リレーに開閉信号を与える制御回路とで構成される。

ところで、この様な系統連系装置は、太陽電池の発電量が不足している状態で系統連系を開始（系統連系用リレーをＯＮ）すると、インバータ回路の出力電流の増加に伴いインバータ回路の入力電圧が減少し、連系に必要な電圧が確保できずに系統連系用リレーがＯＦＦになる。また、再び昇圧回路の出力電圧を上げて系統連系を開始したとしても、太陽電池の発電量が不足している状態であれば、系統連系用リレーはＯＦＦになり、系統連系用リレーは開閉を繰り返す（所謂、チャタリングを起こす）ことになる。

このようなチャタリングを防止するために、太陽電池を商用電力系統へ連系する際に、連系運転が可能な最小電力を太陽電池が発電できるか否かを判定する系統連系装置が提案されている（特許文献１）。このような判定を行うために、特許文献１の系統連系装置は、太陽電池を商用電力系統へ連系する場合に、インバータ回路と昇圧回路との間に直流負荷を設けている。そして、特許文献１の系統連系装置は、昇圧回路を動作させて直流負荷へ供給する電力を調整すると共に、太陽電池の出力電圧を監視して、連系運転が可能な最小電力を太陽電池が供給できるか否かを判定する。

また、特許文献１の系統連系装置は、直流負荷への電力を供給、或いは遮断するためのスイッチ回路を有しており、系統連系中にこのスイッチをＯＦＦにすることで直流負荷へ供給される電力を遮断する。
特開平１０−２８９０２６

しかしながら、このような系統連系装置においては、昇圧回路にて太陽電池の出力する直流電力を昇圧して調整する必要があり、直流負荷へ昇圧された電圧が印加されることになり、耐圧の高い高価な負荷やスイッチ回路が必要になるという問題があった。
本発明は上述の問題に鑑みて成された発明であり、連系運転が可能な電力を太陽電池が供給できるか否かを判定する際に電力が供給される負荷やスイッチ回路について、耐圧の低いものが利用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、太陽電池が接続される一対の端子と、当該端子の一方の端子に直列にリアクトルとダイオードとを接続し、このリアクトルとダイオードとの接続点と前記端子の他方の端子との間を開閉するスイッチ素子と、前記ダイオードと他方の端子との間に接続されるコンデンサとを有し、前記スイッチ素子を周期的に開閉させて所定の昇圧比を得る昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を出力線を介して商用電力系統へ連系させるインバータ回路と、前記出力線に介在し、当該出力線の開閉を行う系統連系用リレーと、を備え、前記系統連系用リレーを介して前記太陽電池の発電出力を前記商用電力系統へ連系する系統連系装置において、前記インバータ回路と前記系統連系用リレーとをつなぐ前記出力線の前記インバータ回路側に接続され、前記インバータ回路から出力される交流電力が供給される交流負荷を備え、前記系統連系装置の起動にかかり、前記系統連系用リレーを開状態にし、前記昇圧回路の前記スイッチング素子を開状態にした後、前記インバータ回路は、このインバータ回路の出力電流を徐々に増加するように、前記直流電力を前記交流電力へ変換し、前記交流負荷へ供給される交流電力が所定の電力より大きくなった場合に、前記系統連系用リレーを閉状態へ切り替え前記スイッチング素子を周期的に開閉させる制御を開始することを特徴とする。

本発明によれば、系統連系装置の起動にかかり、系統連系用リレーを開状態にし、昇圧回路のスイッチング素子を開状態にした後、インバータ回路の出力電流を徐々に増加するように昇圧回路から出力される直流電力を交流電力へ変換し、交流負荷へこの交流電力を供給する。

このため、昇圧回路による昇圧が不要となるので、交流負荷や交流負荷に接続されるスイッチ回路に印加される電圧も低くすることができる。従って、連系運転が可能な電力を太陽電池が供給できるか否かを判定する際に（系統連系用リレーを開状態から閉状態へと切り替える際に）電力が供給される負荷やスイッチ回路について、耐圧の低いものが利用できるようになる。

また、上述の発明において、前記系統連系用リレーを開状態から閉状態へ切り替える際に、前記インバータ回路を一時停止しして、前記昇圧回路の出力電圧が所定の電圧閾値まで昇圧した後に、前記インバータ回路の動作を開始させ、前記商用電力系統と同期した交流電力を系統に連系させることを特徴とする。

また、上述の発明において、前記インバータ回路は、前記直流電力を三相交流電力に変換し、前記交流負荷は、前記三相交流電力に対して平衡な負荷であり、前記三相交流電力の相電流を検出する相電流検出部を有し、前記相電流の内、何れか２つの相電流の差が所定の電流差閾値よりも大きい場合に、前記インバータ回路の動作を停止することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記インバータ回路は、前記直流電力を三相交流電力に変換し、前記交流負荷は、前記三相交流電力に対して平衡な負荷であり、前記三相交流電力の線間電圧を検出する線間電圧検出部を有し、前記線間電圧の内、何れか２つの線間電圧の差が所定の電圧差閾値よりも大きい場合に、前記インバータ回路の動作を停止することを特徴とする。

本発明によれば、連系運転が可能な電力を太陽電池が供給できるか否かを判定する際に電力が供給される負荷やスイッチ回路について、耐圧の低いものが利用できる系統連系装置を提供することができる。

本実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。 系統連系装置２が停止している状態から連系するまでの動作フローを示す図である。 ステップＳ１４における系統連系装置２の動作フローを示す図である。 連系開始動作を行う場合（ステップＳ１８）の系統連系装置２の動作フローを示す図である。 電流センサＣＴ１、ＣＴ２や電圧センサ１１の異常の有無を判断する場合の動作フローを示す。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。この図に示すように太陽光発電システム１００は、太陽電池１、系統連系装置２を備える。

系統連系装置２は、昇圧回路４、インバータ回路５、フィルタ回路６、系統連系用リレー７、制御回路８、及び交流負荷回路９を備える。系統連系装置２は、系統連系用リレー７を介して太陽電池１を商用電力系統３０へ連系する。

昇圧回路４は、太陽電池１の出力電圧を昇圧する。そして昇圧回路４は、この昇圧した出力電圧を有する直流電力をインバータ回路５へ出力する。昇圧回路４は、図１に示すように、一対の端子４６、４７、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、及びコンデンサ４４ａ、４４ｂとを有して構成される、所謂、非絶縁型昇圧回路を用いる。一対の端子４６、４７には太陽電池１が接続され、この端子４６、４７の一方の端子（プラス側）４６に直列にリアクトル４１とダイオード４３とが接続される。スイッチ素子４２は、リアクトル４１とダイオード４３との接続点と一対の端子４６、４７の他方の端子４７との間を開閉する。また、コンデンサ４４ａと４４ｂは直列に接続され、直列に接続されたコンデンサ４４ａ、４４ｂは、ダイオード８３と他方の端子４７との間に接続される。

昇圧回路４は、制御回路８によって動作が制御される。具体的には、制御回路８がＯＮデューティ比を決定し、そのデューティ比を有するパルス信号をスイッチ素子４２のゲートに周期的に与える。すると、スイッチ素子４２は、周期的に開閉し、昇圧回路４は、デューティ比に応じた（例えば、比例した）所定の昇圧比を得る。また、昇圧回路４は、非絶縁型のため、スイッチ素子４２が開状態の場合にリアクトル４１及びダイオード４３を通して太陽電池１から出力される直流電力を出力することになる。

インバータ回路５は、スイッチ素子５１、５２を直列接続した第１アームと、スイッチ素子５３、５４を直列接続した第２アームとを夫々並列に接続して構成される（所謂、ハーフブリッジ型の三相インバータ回路である）。スイッチ素子５１〜５４には、ＩＧＢＴのようなスイッチ素子を用いると良い。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る。そして、インバータ回路５は、制御回路８のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にしたがって各スイッチ素子５１〜５４を開閉し、昇圧回路４から出力される直流電力を三相交流電力に変換する。三相交流電力は、スイッチ素子５３とスイッチ素子５４との接続点から延びるｕ相出力線ｕ、コンデンサ４４ａとコンデンサ４４ｂとの接続点から延びるｖ相出力線ｖ、スイッチ素子５１とスイッチ素子５２との接続点から延びるｗ相出力線ｗに供給される。

フィルタ回路６は、リアクトル６１、６２、及びコンデンサ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗからなり、インバータ回路の出力側に設けられる。フィルタ回路６は、インバータ回路５のスイッチ素子５１〜５４がＰＷＭ制御されて開閉動作するときに生ずる三相交流電流のリプル成分を除去する。

系統連系用リレー７は、商用電力系統３０に接続される出力線ｕ、ｖ、ｗに介在し、出力線ｕ、ｖ、ｗの開閉を行う。また、系統連系用リレー７は、制御回路８からの制御信号によって閉状態と開状態が制御され、系統連系装置２（太陽電池１）と商用系統３０とを連系または解列するものである。

交流負荷回路９は、３個の負荷用リレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗと、３個の抵抗９２ｕ、９２ｖ、９２ｗとを有している。抵抗９２ｕの一端は負荷用リレー９１ｕを介して、インバータ回路５と系統連系用負荷用リレー７とを結ぶｕ相出力線ｕに接続されている。抵抗９２ｖの一端は負荷用リレー９１ｖを介して、インバータ回路５と系統連系用リレー７とを結ぶｖ相出力線ｖに接続されている。抵抗９２ｗの一端は負荷用リレー９１ｗを介して、インバータ回路５と系統連系用リレー７とを結ぶｗ相出力線ｗに接続されている。また、３個の抵抗９２ｕ、９２ｖ、９２ｗの他端は互いに接続されている。３個の抵抗９２ｕ、９２ｖ、９２ｗは、この様に接続されることで、インバータ回路５から出力される三相交流電力が供給される交流負荷を成している（以後、３個の抵抗９２ｕ、９２ｖ、９２ｗを交流負荷９２と記述する場合もある）。３個の抵抗９２ｕ、９２ｖ、９２ｗの抵抗は同じ抵抗値のものを用いるため、交流負荷９２は、インバータ回路５の出力する三相交流電力に対して平衡な負荷となる。

負荷用リレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗは、抵抗９２ｕ、９２ｖ、９２ｗと出力線ｕ、ｖ、ｗとを接続するラインを開閉する。負荷用リレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗには、信号が入力されるとこのラインを開状態にするリレーが用いられる。このため、負荷用リレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗに制御用の電力が供給されていない場合、このラインは閉じられる。負荷用リレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗは、駆動用の電力が太陽電池１から供給される。

制御回路８は、インバータ回路５が出力する三相交流電力の相電流ｉｕ、ｉｗを検出する相電流検出部として機能する。具体的には、制御回路８は、２個の電流センサＣＴ１、ＣＴ２から、夫々、ｕ相出力線ｕに流れるｕ相電流ｉｕ、ｗ相出力線ｗに流れるｗ相電流ｉｗを検出し、ｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖを検出する。

また、制御回路８は、インバータ回路５が出力する三相交流電力の線間電圧ｖｕｖ、ｖｖｗを検出する線間電圧検出部として機能する。具体的には、制御回路８は、電圧センサ１１によりのｕ相出力線ｕとｖ相出力線ｖの間、及びｖ相出力線とｗ相出力線ｗの間に印加される線間電圧ｖｕｖ、ｖｖｗを検出する。

制御回路８は、この様に検出された三相の相電流ｉｕ、ｉｗ、及び線間電圧ｖｕｖ、ｖｖｗに基づいて、昇圧回路４及びインバータ回路５の制御（スイッチ素子４１、５１〜５４の開閉制御）や、後述する交流負荷回路９のリレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗの制御（閉状態と開状態を切り替える制御）を行う。

（連系時の動作）
次に上述した構成を用いて連系時の動作について図面を参照しながら説明する。図２に系統連系装置２がの起動に係る動作フローを示す。以下に示すこの動作フローにおいては、制御回路８が主体となり系統連系装置２の制御を行うため、制御回路８が主体となって行う動作は、系統連系装置２が主体となって行う動作として読むこともできる。

開始時点では、昇圧回路４、及びインバータ回路５は停止状態（すべてのスイッチ素子４１、５１〜５４が開放の状態）にある。また、負荷用リレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗは、太陽電池から電力が供給されないため接点を閉じている（閉状態）。また、系統連系用リレー７は、開状態となる。

制御回路８は、太陽電池１の開放電圧Ｖｐｖを電圧センサ４５を用いて検出し（ステップＳ１１）、Ｖｐｖが電圧閾値Ｖｔｈよりも大きいか否かを比較する（ステップＳ１２）。ここで、電圧閾値Ｖｔｈは、負荷用リレー９１ｕ、９１ｖ、９１ｗを駆動するに十分な電圧値に設定される。

ステップＳ１１及びステップＳ１２において、制御回路８は、Ｖｐｖが電圧閾値Ｖｔｈよりも大きくないと判断している間、ステップ１２からステップＳ１１へ戻り、ステップＳ１１とステップＳ１２を繰り返すことになる。

ステップＳ１２において、制御回路８は、Ｖｐｖが電圧閾値Ｖｔｈよりも大きくなると、インバータ回路５の動作を開始する（ステップＳ１４）。

ここでステップＳ１４の系統連系装置２の動作について説明する。図３は、ステップＳ１４における系統連系装置２の動作フローを示す図である。ステップＳ１４において、昇圧回路４は、スイッチ素子４２を開状態にし、リアクトル４１及びダイオード４３を通して太陽電池１から出力される直流電力をインバータ回路５へ出力する。インバータ回路５は、インバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔを設定する動作（後述のステップＳ２１〜Ｓ２５）と、インバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔになるようにインバータ回路５を設定する動作（後述のステップＳ２６）とを行う。目標値ｉｔの初期値はゼロで設定される。

制御回路８は、ステップＳ１４に入ると、三相各相の相電流ｉｕ、ｉｗを電流センサＣＴ１、ＣＴ２を用いて検出する（ステップＳ２１）。制御回路８は、三相各相の相電流ｉｕ、ｉｗを検出すると、検出された相電流ｉｕ、ｉｗを用いて各相電流の実効値ｉｕｅ、ｉｗｅを算出する（ステップＳ２２）。また、ステップＳ２２において、制御回路８は、三相の各相の実効値ｉｕｅ、ｉｗｅの平均値ｉａｖｅを算出し、ステップＳ２３において、平均値ｉａｖｅとインバータの出力電流の目標値ｉｔとの差が電流閾値ｉｔｈよりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ２３において、制御回路８は、平均値ｉａｖｅとインバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔの差が電流閾値ｉｔｈよりも小さくないと判断した場合、インバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔを変更せずステップＳ２６へ移行する。ステップＳ２３において、制御回路８は、平均値ｉａｖｅとインバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔの差が電流閾値ｉｔｈよりも小さいと判断した場合、目標値ｉｔが目標値ｉｔの最大値ｉｔｍａｘよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ２４）。

目標値ｉｔの最大値ｉｔｍａｘは、後述する電力閾値Ｐｔｈの電力が交流負荷９２に供給された時の電流値より大きくする。これにより、交流負荷９２に電力閾値Ｐｔｈより大きい交流電力ＰＬを供給できるようになる。

ステップＳ２４において、制御回路８は、目標値ｉｔが目標値の最大値ｉｔｍａｘよりも小さくないと判断した場合は、インバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔを変更せずステップＳ２６へ移行する。また、ステップＳ２４において、制御回路８は、目標値ｉｔが目標値の最大値ｉｔｍａｘよりも小さいと判断した場合は、インバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔに所定の量ｉαを加えた値を、新たなインバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔとして（ステップＳ２５）ステップＳ２６へ移行する。

ステップＳ２６では、制御回路８は、インバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔと相電流ｉｕ、ｉｗの実効値ｉｕｅ、ｉｗｅの平均値ｉａｖｅとの差がゼロになるようにインバータ回路５の線間電圧の実効値ｖｕｖｅ、ｖｖｗｅの平均値の目標値ｖｔを決定し、インバータ回路５の線間電圧の実効値ｖｕｖｅ、ｖｖｗｅの平均値ｖａｖｅと電圧の目標値ｖｔとの差がゼロになるようにインバータ回路５を制御する。ステップＳ２６の動作が完了すると制御回路８はステップＳ１５へ移行する。

ステップＳ１５において、制御回路８は、電圧センサ１１を用いて線間電圧ｖｕｖ、ｖｖｗの検出を行いステップＳ１６へ移行する。ステップＳ１６において、制御回路８は、相電流ｉｕ、ｉｗとこの相電流ｉｕ、ｉｗに対応する線間電圧ｖｕｖ、ｖｖｗとの積算値Ｐｉｕ、Ｐｉｗを、検出した各相電流ｉｕ、ｉｗ毎に算出する。そして、各積算値Ｐｉｕ、Ｐｉｗを加算することにより交流負荷に供給される交流電力ＰＬを算出する。各相電力Ｐｉｕ、Ｐｉｗは、各相電流ｉｕ、ｉｗから求めた各相電流の実効値ｉｕｅ、ｉｗｅと、各線間電圧ｖｕｖ、ｖｖｗから求めた各線間電圧の実効値ｖｕｖｅ、ｖｖｗｅとを用いて、Ｐｉｕ＝ｉｕｅ×ｖｕｖｅ、Ｐｉｗ＝ｉｗｅ×ｖｖｗｅの関係式から求めることができる。また、交流負荷に供給される交流電力ＰＬは、ＰＬ＝Ｐｉｕ＋Ｐｉｗから求めることができる。

次に、ステップＳ１７において、制御回路８は、交流負荷９２に供給される交流電力ＰＬが電力閾値Ｐｔｈより大きいか否かを判断することで、連系運転が可能な最小電力を太陽電池が供給できるか否かを判断する。これは、太陽電池の出力電力と交流負荷９２へ供給される交流電力ＰＬがほぼ等しいためこのような判断ができる。

ステップＳ１７において、制御回路８は、交流負荷９２に供給される交流電力ＰＬが電力閾値Ｐｔｈより大きくない場合は、連系運転が可能な最小電力を太陽電池が供給できないと判断してステップＳ１４へ移行する。また、ステップＳ１７において、制御回路８は、交流負荷９２に供給される交流電力ＰＬが電力閾値Ｐｔｈより大きい場合は、連系運転が可能な最小電力を太陽電池が供給できると判断しステップＳ１８へ移行する。ステップＳ１７の判断により、制御回路８は、交流電力ＰＬが電力閾値Ｐｔｈより大きくなるまでステップＳ１４〜Ｓ１７を繰り返すことになる。

インバータ回路５の出力電流の目標値ｉｔの初期値をゼロに設定し、ステップＳ１４〜Ｓ１７を繰り返すことにより、目標値ｉｔは徐々に増加することになる。これにより、インバータ回路５は、インバータ回路５の出力電流が徐々に増加するように昇圧回路４から出力される直流電力を交流電力に変換することになる（制御回路８によってインバータ回路５の動作が制御される）。このようにすることで、交流負荷回路９に突入電流が流れることがないため、交流負荷９２や負荷用リレー９１を保護することができる。

また、インバータ回路５の出力電流を徐々に増加するように動作（調整）しているということは、ＰＬ＝Ｉ^２Ｒの関係からも、交流負荷９２への供給される交流電力ＰＬを徐々に増加するように動作（調整）していることと言える。ここでＩは、交流負荷９２へ供給される電流、Ｒは交流負荷９２の抵抗値を示す。更に、太陽電池１の出力電力と交流負荷９２へ供給される交流電力ＰＬはほぼ等しいことから、インバータ回路５の出力電流を徐々に増加するように動作（調整）していることは、太陽電池１の出力電力を徐々に増加するように動作（調整）しているとも言える。

次にステップＳ１８において、制御回路８は、昇圧回路４、インバータ回路５、及び系統連系用リレー７を用いて連系を開始するための動作（連系開始動作）を実行する。図４は、連系開始動作を行う場合（ステップＳ１８）の系統連系装置２の動作フローを示す図である。

ステップＳ１８に入ると、制御回路８は、スイッチ素子５１〜５４を開放して、インバータ回路５を一時停止し（ステップＳ３１）、負荷用リレー９１の接点を開放し（ステップＳ３２）、昇圧回路４の出力電圧が所定の電圧値になるようにONデューティ比を調整し、このONデューティ比によりスイッチ素子４２を周期的に開閉動作させる（ステップＳ３３）。

次に、制御回路８は、昇圧後の電圧Ｖｂを電圧センサ４５により検出し（ステップＳ３４）、昇圧回路４の出力電圧Ｖｂが所定の電圧閾値Ｖｔｈ２より大きいか否かを判断する（ステップＳ３５）。ここで、電圧閾値Ｖｔｈ２は、商用電力系統３０に同期した三相交流電圧を生成するための十分な大きさの電圧値となる。例えば、商用電力系統３０が２００Ｖ（実行値）の三相交流配電系統である場合、昇圧回路４は６００Ｖまで昇圧する（電圧閾値Ｖｔｈ２を６００Ｖとして動作する）。

ステップＳ３５において、制御回路８は、昇圧回路４の出力電圧Ｖｂが所定の電圧閾値Ｖｔｈ２より大きくない場合は、商用電力系統３０に同期した三相交流電圧を生成するための十分な大きさの電圧が昇圧回路４から得られていないと判断し、ステップＳ３３へ移行する。

また、ステップＳ３５において、昇圧回路４の出力電圧Ｖｂが所定の電圧閾値Ｖｔｈ２より大きい場合は、商用電力系統３０に同期した三相交流電圧を生成するための十分な大きさの電圧が昇圧回路４から得られたと制御回路８は判断し、ステップＳ３６へ移行する。

ステップＳ３６では、インバータ回路５が動作を開始する。この際に、インバータ回路５は、商用電力系統３０の三相交流電圧を図示しない電圧センサから検出してフィードバックすることで、昇圧回路４が昇圧した直流電力を商用電力系統３０と同期した交流電力に変換する。

そして、インバータ回路５の出力する交流電力と商用電力系統３０の交流電力とが同期すると、制御回路８は、系統連系用リレー７を用いて、出力線ｕ、ｖ、ｗの接点を接続し（ステップＳ３７）、昇圧回路４、及びインバータ回路５に連系時の動作を行わせる（ステップＳ１９）。

以上のように動作することで、系統連系用リレー７を開状態から閉状態へ切り替える際に、インバータ回路５から交流負荷９２に供給される交流電力ＰＬが電力閾値Ｐｔｈより大きくなった場合、インバータ回路５を一時停止する。その後、昇圧回路４は、この昇圧回路４の出力電圧が所定の電圧閾値Ｖｔｈ２以上になるようにONデューティ比を調整し、このONデューティ比によりスイッチ素子４２を周期的に開閉動作する。そして、昇圧回路４の昇圧する電圧が電圧閾値Ｖｔｈ２以上になった場合に、インバータ回路５は、動作を開始する。このとき、インバータ回路５は、昇圧回路４が昇圧した直流電力を商用電力系統３０と同期した交流電力に変換し、制御回路８は、系統連系用リレー７を用いて出力線ｕ、ｖ、ｗを閉状態にする。これにより、系統連系装置２は、商用電力系統３０と同期した交流電力を商用電力系統に連系する。

インバータ回路５を動作させた状態で、商用電力系統３０に同期する波形を形成するために、インバータ回路５が出力する三相交流電圧の位相をずらすと、スイッチ素子５１〜５４に負荷がかかるが、インバータ回路５を一時停止することで、この負荷を取り除くことができる。このため、インバータ回路５のスイッチ素子５１〜５４の寿命を延ばすことができる。

以上述べてきたように本実施形態において、系統連系装置２の起動にかかり、系統連系用リレー７を開状態にし、昇圧回路４のスイッチング素子４２を開状態にした後、インバータ回路５の出力電流を徐々に増加するように昇圧回路４１から出力される直流電力を交流電力へ変換し、交流負荷９２へこの交流電力を供給する。このため、太陽電池１の出力電圧を昇圧回路にて昇圧する必要がない（或いは昇圧比を小さくすることができる）。これにより、交流負荷９２や交流負荷９２に接続される負荷用リレー９１に印加される電圧も低くすることができるため、連系運転が可能な電力を太陽電池１が供給できるか否かを判定する際に、電力が供給される交流負荷９２や負荷用リレー９１について、耐圧の低いものが利用できるようになる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、本実施形態において、制御回路８は、系統連系装置２の起動にかかり、インバータ回路５の出力する三相電流ｉｕ、ｉｗの実効値ｉｕｅ、ｉｗｅを用いてインバータ回路５の動作を制御したが、相電流の振幅や平均値を用いるようにしても良い。

また、例えば、本実施形態において、系統連系装置２の起動にかかり、制御回路８は、インバータ回路５の出力する三相電流ｉｕ、ｉｗに基づいて制御を行ったが、三相電流ｉｕ、ｉｗに対して３相２相変換を行い、電流ベクトルを利用して制御するようにしても良い。

また、例えば、交流負荷９２には負荷用リレー７が接続されていたが、インバータ回路５からの電力の供給を遮断できるスイッチ回路であれば、ＩＧＢＴやＦＥＴのようなスイッチ素子を用いても良い。

また、例えば、本実施形態において三相交流電力を出力するインバータ回路５を用いていたが、本発明は、単相の交流電力を出力するインバータ回路５にも応用することができる。

また、例えば、本実施形態において、交流負荷へ電力を供給する際に、インバータ回路５の出力電流を徐々に増加するために、図２のステップＳ１４〜Ｓ１７に示す動作フローを実行したが、単純にインバータ回路５の出力する交流電力の電圧が増加するよう（徐々に電圧の目標値ｖｔを増加させる）にしても良い。これは、交流負荷９２として単純な抵抗９２ｕ、９２ｖ、９２ｗを設けているだけなので、インバータ回路５の出力電流と、インバータ回路５の出力電圧が比例することを利用している。

また、例えば、相電流ｉｕ、ｉｗ、や線間電圧ｖｕｖ、ｖｖｗを用いて、電流センサＣＴ１、ＣＴ２や電圧センサ１１に異常があるか否かを判断することができる。

これは、本実施例において、インバータ回路５の出力する三相交流電力に対して交流負荷９２が平衡である場合に、各相の相電流や各線間電圧が等しくなることを利用する。即ち、各相電流の内、何れか２つの相電流の差が所定の電流差閾値Ｉｓｔｈよりも大きい場合に、電流センサＣＴ１、ＣＴ２に異常があり、バランスが崩れているものと考えることができる。また、線間電圧についても、各線間電圧の内、何れか２つの線間電圧の差が所定の線間電圧差閾値Ｖｓｔｈよりも大きい場合に、電圧センサ１１に異常があり、バランスが崩れているものと考えることができる。尚、ここでの相電流や線間電圧は、瞬時値ではなく、実効値、平均値、或いは振幅等の波形の大きさを決める特徴量を利用する。

電流センサＣＴ１、ＣＴ２や電圧センサ１１に異常があると判断した場合には、インバータ回路５の動作を停止し、図示しない表示部へ異常がある旨を表示したり、警報音を出すなどしてユーザーに報知すると良い。

このような動作を実行する場合には、図５に示す動作フローを図２のステップＳ１６とステップＳ１７との間に加える。図５の動作フローでは、相電流、及び線間電圧に実効値を用いている。ステップＳ１６よりステップＳ４１へ移行し、制御回路８は、ｕ相電流の実効値ｉｕｅとｗ相電流の実効値ｉｗｅとの差が所定の電流差閾値Ｉｓｔｈよりも大きいか否かを判断する。ステップＳ４１において、制御回路８は、ｕ相電流の実効値ｉｕｅとｗ相電流の実効値ｉｗｅとの差が所定の電流差閾値Ｉｓｔｈよりも大きくない場合は、電流センサＣＴ１、ＣＴ２に異常はないと判断できるため、ステップＳ４２へ移行する。また、制御回路８は、ｕ相電流の実効値ｉｕｅとｗ相電流の実効値ｉｗｅとの差が所定の電流差閾値Ｉｓｔｈよりも大きい場合は、電流センサＣＴ１、ＣＴ２に異常ありと判断できるため、ステップＳ４３へ移行する。

ステップＳ４２では、制御回路８は、ｕ相出力線ｕ及びｖ相出力線ｖの線間電圧ｖｕｖの実効値ｖｕｖｅと、ｖ相出力線ｖ及びｗ相出力線ｗの線間電圧ｖｖｗの実効値ｖｕｖｅとの差が所定の線間電圧差閾値Ｖｓｔｈよりも大きいか否かを判断する。制御回路８は、線間電圧ｖｕｖの実効値ｖｕｖｅと、線間電圧ｖｖｗの実効値ｖｕｖｅとの差が所定の線間電圧差閾値Ｖｓｔｈよりも大きくない場合、電圧センサ１１に異常が無いと判断できるため、電流センサＣＴ１、ＣＴ２、及び電圧センサ１１の異常確認を終了し、ステップＳ１７へ移行する。また、制御回路８は、線間電圧ｖｕｖの実効値ｖｕｖｅと、線間電圧ｖｖｗの実効値ｖｕｖｅとの差が所定の線間電圧差閾値Ｖｓｔｈよりも大きい場合、電圧センサ１１に異常ありと判断できるため、ステップＳ４３へ移行する。

ステップＳ４３では、制御回路８は、インバータ回路５の動作を停止し、図示しない表示部に電流センサＣＴ１、ＣＴ２や電圧センサ１１に異常がある旨を報知し（ステップＳ４３）、系統連系用リレー７を開状態から閉状態へと切り替える際の処理（図２の動作フロー）を異常終了する。

このようにすることで、電流センサＣＴ１、ＣＴ２や電圧センサ１１に異常があるまま系統連系装置２が動作することを防止することができる。

１ 太陽電池
２ パワーコンディショナ
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
９ 交流負荷回路
１１ 電圧センサ
３０ 商用電力系統
４５ 電圧センサ
９１ 負荷用リレー
９２ 交流負荷
ＣＴ１ 電流センサ
ＣＴ２ 電流センサ

Claims (4)

1. 太陽電池が接続される一対の端子と、当該端子の一方の端子に直列にリアクトルとダイオードとを接続し、このリアクトルとダイオードとの接続点と前記端子の他方の端子との間を開閉するスイッチ素子と、前記ダイオードと他方の端子との間に接続されるコンデンサとを有し、前記スイッチ素子を周期的に開閉させて所定の昇圧比を得る昇圧回路と、
   前記昇圧回路で昇圧された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を出力線を介して商用電力系統へ連系させるインバータ回路と、
   前記出力線に介在し、当該出力線の開閉を行う系統連系用リレーと、を備え、
   前記系統連系用リレーを介して前記太陽電池の発電出力を前記商用電力系統へ連系する系統連系装置において、
   前記インバータ回路と前記系統連系用リレーとをつなぐ前記出力線の前記インバータ回路側に接続され、前記インバータ回路から出力される交流電力が供給される交流負荷を備え、
   前記系統連系装置の起動にかかり、前記系統連系用リレーを開状態にし、前記昇圧回路の前記スイッチング素子を開状態にした後、
   前記インバータ回路は、このインバータ回路の出力電流を徐々に増加するように、前記直流電力を交流電力へ変換し、
   前記交流負荷へ供給される前記交流電力が所定の電力より大きくなった場合に、前記系統連系用リレーを閉状態へ切り替え前記スイッチング素子を周期的に開閉させる制御を開始することを特徴とする系統連系装置。
2. 前記系統連系用リレーを開状態から閉状態へ切り替える際に、
   前記インバータ回路を一時停止しして、
   前記昇圧回路の出力電圧が所定の電圧閾値まで昇圧した後に、前記インバータ回路の動作を開始させ、前記商用電力系統と同期した交流電力を系統に連系させることを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置。
3. 前記インバータ回路は、前記直流電力を三相交流電力に変換し、
   前記交流負荷は、前記三相交流電力に対して平衡な負荷であり、
   前記三相交流電力の相電流を検出する相電流検出部を有し、
   前記相電流の内、何れか２つの相電流の差が所定の電流差閾値よりも大きい場合に、前記インバータ回路の動作を停止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。
4. 前記インバータ回路は、前記直流電力を三相交流電力に変換し、
   前記交流負荷は、前記三相交流電力に対して平衡な負荷であり、
   前記三相交流電力の線間電圧を検出する線間電圧検出部を有し、
   前記線間電圧の内、何れか２つの線間電圧の差が所定の電圧差閾値よりも大きい場合に、前記インバータ回路の動作を停止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。