JP2012213282A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】一部のコンバータに異常が発生しても異常の発生していないコンバータに接続された発電部での発電を継続させることができるパワーコンディショナを提供する。
【解決手段】１のインバータ５に複数のコンバータ４が接続されるパワーコンディショナ１において、各コンバータ４ａ，４ｂの異常を検出する異常検出手段１０と、各コンバータ４ａ，４ｂについてインバータ５および他のコンバータ４との接続を分離する開閉器９ａ，９ｂを備える。そして、制御部７は、異常検出手段１０によりいずれかのコンバータ４の異常を検出したときは、異常が検出されたコンバータ４に備えられた開閉器９を開成させて当該コンバータ４を系統３から解列し、他のコンバータ４とその発電部２によって発電および電力負荷への電力供給を継続する。
【選択図】図１

Description

この発明はパワーコンディショナに関し、より詳細には、複数の発電部を系統（商用電力系統）に連系させる機能を備えたパワーコンディショナに関する。

太陽光発電パネルや燃料電池などの家庭用の発電設備（発電部）で発電された直流電力を商用電力系統（系統）に連系させるためのインバータ装置としてパワーコンディショナが知られている。

この種のパワーコンディショナは、周知のごとく、発電部で発電された直流電力を昇圧するコンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）と、コンバータで昇圧された直流電力を系統に連系可能な交流電力に変換するインバータ（ＤＣ−ＡＣインバータ）とを備えているところ、最近では、複数の発電部（たとえば、太陽電池パネルと燃料電池のように異種の発電設備や、複数の太陽電池パネルのように同種の発電設備）を接続できるように、１のインバータに複数のコンバータが接続されているパワーコンディショナが提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００２−１３６１１２号公報 特開２００５−１５１６６２号公報

しかしながら、このような従来の構成には以下のような問題があり、その改善が望まれていた。

すなわち、このように１のインバータに複数のコンバータを接続してなるパワーコンディショナにおいては、複数のコンバータのうちのいずれか１のコンバータに異常（たとえば、コンバータの故障やコンバータへの入力電圧または入力電流に異常）が発生した場合には、インバータと系統との間に設けられた系統連系用のリレー（系統連系リレー）を開いて系統との連系を解列するようになっていることから、１のコンバータに異常が発生した場合であってもすべてのコンバータの運転を停止させていた。

そのため、たとえば、発電部として太陽電池パネルと燃料電池とが接続されている場合において、どちらか一方のコンバータに異常が発生すると、系統連系リレーによる解列に伴って双方のコンバータの運転が停止されるので、異常が発生していないコンバータに接続されている発電部での発電まで停止させなければならなかった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、一部のコンバータに異常が発生しても異常の発生していないコンバータに接続された発電部での発電を継続させることができるパワーコンディショナを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のパワーコンディショナは、１のインバータに複数のコンバータが接続されるパワーコンディショナにおいて、少なくとも１以上のコンバータに、当該コンバータの異常を検出する異常検出手段と、当該コンバータと上記インバータおよび他のコンバータとの接続を分離する開閉器とが備えられ、制御部は、上記異常検出手段によりコンバータの異常を検出したときは、当該異常が検出されたコンバータに備えられた上記開閉器を開成させる制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、この請求項１に係るパワーコンディショナでは、複数あるコンバータの一部につき異常検出手段で異常が検出されると、制御部は、異常が検出されたコンバータの開閉器を開成させて、当該コンバータをインバータから切り離すことで、異常が検出されたコンバータだけを系統から解列させることができる。そのため、このパワーコンディショナでは、複数あるコンバータの一部につき異常が検出されても、他の異常が検出されていないコンバータとインバータを用いてパワーコンディショナの運転を継続することができる。

そして、本発明の請求項２に記載のパワーコンディショナは、上記インバータを系統に連系させる第２の開閉器を備えてなり、上記制御部は、上記インバータおよび複数のコンバータが運転中において、上記異常検出手段によりいずれかのコンバータにおいて異常が検出されたときは、当該異常が検出されたコンバータの開閉器のみを開成させる一方、運転中の他のコンバータの開閉器および上記第２の開閉器は閉成状態を維持する制御構成を備えていることを特徴とする。

すなわち、この請求項２に係るパワーコンディショナでは、複数あるコンバータの一部において異常検出手段で異常が検出されると、制御部は異常が検出されたコンバータに備えられる開閉器を開成させて当該コンバータの系統との接続を切り離す一方で、運転中の他のコンバータの開閉器および上記第２の開閉器は閉成状態を維持するので、異常が検出されたコンバータのみを系統から解列し、異常が検出されていない運転中の他のコンバータおよびインバータは系統との連系を維持する。そのため、異常が検出されていないコンバータに接続された発電部は発電を継続させることができ、発電された電力を電力負荷や系統に供給することができる。

また、本発明の請求項３に記載のパワーコンディショナは、上記異常検出手段で検出されるコンバータの異常には、当該コンバータに接続される発電部の異常が含まれることを特徴とする。

すなわち、このパワーコンディショナでは、コンバータの異常を検出する異常検出手段は、その監視対象にコンバータの異常だけでなく、当該コンバータに接続される発電部の異常も含むので、パワーコンディショナに接続されたいずれかの発電部に異常が発生したときであっても、当該異常が発生した発電部と接続されたコンバータの開閉器が開成されることとなり、当該発電部が接続されたコンバータは系統から切り離される。そのため、このパワーコンディショナでは、異常が検出された発電部のみを系統から解列し、異常が検出されていない発電部は系統との連系を維持して発電を継続し、発電した電力を電力負荷や系統に供給することができる。

また、本発明の請求項４に記載のパワーコンディショナは、上記複数のコンバータに非絶縁型のコンバータが含まれることを特徴とする。

すなわち、このパワーコンディショナは、インバータに接続される複数のコンバータのうちに非絶縁型のコンバータを含んでいるので、インバータに接続されるコンバータとして絶縁型のコンバータと非絶縁型のコンバータとを併設することができ、発電部の発電形式に応じて型式（絶縁型、非絶縁型）の異なるコンバータを組み合わせて用いることができる。そのため、たとえば、燃料電池を接続するコンバータには絶縁型のコンバータ、太陽電池パネルを接続するコンバータには非絶縁型のコンバータといったような構成を採用することができる。

本発明によれば、１のインバータに複数のコンバータが接続されるパワーコンディショナにおいて、少なくとも１以上のコンバータに、当該コンバータの異常を検出する異常検出手段と、当該コンバータと上記インバータおよび他のコンバータとの接続を分離する開閉器とが備えられ、制御部は、上記異常検出手段によりコンバータの異常を検出したときは、当該異常が検出されたコンバータに備えられた上記開閉器を開成させる制御構成を備えることから、一部のコンバータで異常が検出された場合には、当該異常が検出されたコンバータをインバータから切り離して、異常が検出されていない他のコンバータとインバータとでパワーコンディショナの運転を継続することができる。

そして、本発明は、このようにしてパワーコンディショナの運転を継続する場合において、運転中の他のコンバータの開閉器とインバータを系統に連系させる第２の開閉器の閉成状態を維持させることで、運転中の他のコンバータおよびインバータについては系統との連系を維持し、異常が検出されていないコンバータに接続された発電部での発電を継続して電力負荷などへの電力供給を行うことができる。

また、本発明は、異常検出手段にコンバータの異常だけでなくコンバータに接続される発電部の異常も監視させることにより、パワーコンディショナに接続されたいずれかの発電部において異常が検出されたときにも、異常が検出された発電部を系統から解列して、異常が検出されていない発電部での発電の継続ならびに電力負荷などへの電力の供給を行うことができる。

本発明に係るパワーコンディショナの概略構成を示す回路ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したパワーコンディショナの概略構成を示しており、この図１に示すように、本発明に係るパワーコンディショナ１は、発電部２から供給される直流電力を系統（商用電力系統）３に連系させるためのインバータ装置であって、複数の発電部２（図示例では、太陽電池パネル２ａと燃料電池２ｂの２基の発電設備）から電力供給が受けられるように構成されている。

具体的には、このパワーコンディショナ１は、発電部２から供給される直流電力を昇圧するためのコンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）４と、コンバータ４で昇圧された直流電力を系統３に連系可能な交流電力に変換するインバータ５と、インバータ５を系統３に連系させるための系統連系リレー（第２の開閉器）６と、パワーコンディショナ１の各部を制御する制御部７とを主要部として構成されており、上記コンバータ４はＤＣリンクコンデンサ８を介してインバータ５に接続されている。

そして、本発明のパワーコンディショナ１においては、上記コンバータ４としては、パワーコンディショナ１に接続可能な発電部２の数に応じて複数のコンバータが並列に設けられている。すなわち、図示例では、発電部２として太陽電池パネル２ａと燃料電池２ｂの２基の発電設備が接続できるようにしていることから、このパワーコンディショナ１には、少なくともこれら発電部２ａ，２ｂの数と同数の２基のコンバータ４ａ，４ｂが並列して備えられている。

ここで、パワーコンディショナ１に備えられる複数のコンバータ４に関して、各コンバータ４に接続される発電部２の種類が予め特定されていない場合（換言すれば、コンバータ４に接続する発電設備の種類を問わないようになっている場合）には、絶縁型のコンバータへの接続が推奨される燃料電池２ｂが接続されることを考慮して、全てのコンバータ４を絶縁型のコンバータで構成しておくことが望ましいが、たとえば、あらかじめ太陽電池パネル２ａのように非絶縁型のコンバータでもよい発電設備が接続されることが判明している場合には、当該発電設備が接続されるコンバータ４には非絶縁型のコンバータを用いることができる。つまり、パワーコンディショナ１に用いるコンバータ４には非絶縁型のコンバータを含めることができる。そのため、本実施形態では、太陽電池パネル２ａが接続されるコンバータ４ａには非絶縁型のコンバータが用いられ、燃料電池２ｂが接続されるコンバータ４ｂには絶縁型のコンバータが用いられている。

また、本発明のパワーコンディショナ１では、後述するように、これら複数のコンバータ４のうちの一部のコンバータにおいて異常が検出された場合には、当該異常が発見されたコンバータ４については、インバータ５および他のコンバータ４との接続を分離できるように、各コンバータ４にはそれぞれ開閉器９が備えられている。具体的には、この開閉器９は、制御部７で接点の開閉制御が可能なリレーで構成されており、図１に示すように、そのリレー接点が各コンバータ４の出力が合流する接続点Ａと各コンバータ４との間に配設されており、各コンバータ４はこれら開閉器９を介して上記ＤＣリンクコンデンサ８と接続される。なお、この開閉器９の詳細は後述する。

インバータ５は、上述したように、コンバータ４で昇圧された直流電力を系統３に連系可能な交流電力に変換する回路であって、本実施形態では、図示のように、２基のコンバータ４ａ，４ｂに対して１基のインバータ５が備えられている。つまり、本実施形態に示すパワーコンディショナ１では、１のインバータ５に対して複数のコンバータ４が接続されるようになっている。

そして、このインバータ５と系統３との間には、上記制御部７により接点の開閉制御が可能な系統連系リレー（第２の開閉器）６が備えられている。

上記制御部７は、パワーコンディショナ１の制御中枢を構成するマイコンを備えた制御装置であって、上記コンバータ４ａ，４ｂおよびインバータ５の運転／停止の制御や、系統連系リレー６のリレー接点の開閉制御など、パワーコンディショナとしての一般的な機能に関する各種制御を行うほか、本実施形態に係るパワーコンディショナ１においては、コンバータ４ａ，４ｂの異常を検出する異常検出手段１０としての機能と、上記開閉器９のリレー接点の開閉制御機能とを備えるようにプログラムされている。

異常検出手段１０は、パワーコンディショナ１に備えられた複数のコンバータ４のうち少なくとも１以上のコンバータについて当該コンバータの異常を検出する機能を備えており、本実施形態では、パワーコンディショナ１に備えられる全てのコンバータ４ａ，４ｂについてそれぞれその異常を検出するように構成されている。

この異常検出手段１０は、パワーコンディショナ１の各部に設けられた各種センサ類（図示せず）などから得られる情報に基づいて、各コンバータ４ａ，４ｂにつき異常の有無を判断するようになっており、この異常検出手段１０が検出対象とする異常は制御部７のプログラムにより適宜設定される。

具体的には、この異常検出手段１０の検出対象には、少なくとも、後段に影響を与えるようなコンバータ４の故障（たとえば、スイッチング部品や電解コンデンサなどの部品故障、地絡や絶縁破壊などの回路故障など）が含まれる。また、この検出対象には、コンバータ４に接続される発電部２の故障を含めることができ、その場合は、発電部２からコンバータ４に入力される入力電圧や入力電流を異常検出手段１０で監視するように構成され、これらの値が異常値を示した場合には当該発電部２が接続されているコンバータ４には異常があると判断するようにプログラムされる。

なお、この異常検出手段１０での検出対象には、後段に特段の影響を与えないような軽微な故障（たとえば、単なるセンサ故障など）は含めないようにすることができるほか、検出対象となるコンバータ４の型式（絶縁型、非絶縁型）に応じて検出対象を変更することも可能である。たとえば、非絶縁型のコンバータ４ａについては絶縁破壊を検出対象から除外するようにしておくことができる。なお、これらの設定などはいずれも制御部７でのプログラムで対応される。

次に、このように構成されたパワーコンディショナ１の動作について、上記異常検出手段１０による異常の検出結果に応じて説明する。

なお、以下の説明では、説明の便宜上、太陽電池パネル２ａおよび燃料電池２ｂは双方ともに発電中（つまり、コンバータ４ａ，４ｂおよびインバータ５はいずれも運転中）であるものとする。

Ａ：異常検出手段１０がコンバータ４ａ，４ｂの異常を検出していない場合
この場合、パワーコンディショナ１のコンバータ４ａ，４ｂ（異常検出手段１０の検出対象に発電部２が含まれている場合には、太陽電池パネル２ａおよび燃料電池２ｂを含む）は正常に機能していると判断できる。

したがって、制御部７は、太陽電池パネル２ａおよび燃料電池２ｂでの発電が継続できるように、各コンバータ４ａ，４ｂの開閉器９ａ，９ｂおよび系統連系リレー６の全てを閉成状態（接続状態）に維持し、各コンバータ４ａ，４ｂを系統３に連系させておく。

Ｂ：異常検出手段１０がコンバータ４ａの異常を検出した場合
この場合、異常が検出されたコンバータ４ａは系統３に連系させておくことはできないので、制御部７は、コンバータ４ａの開閉器９ａを開成させて、コンバータ４ａを系統から解列させるとともに、当該コンバータ４ａおよびコンバータ４ａに接続されている太陽電池パネル２ａに対して運転を停止させる処理を実行する。つまり、本実施形態のパワーコンディショナ１では、コンバータ４ａ，４ｂおよびインバータ５が運転中であっても、異常検出手段１０により異常が検出されたコンバータ４ａについては、その開閉器９ａを開成させるようになっている。

その一方で、制御部７は、異常が検出されていないコンバータ４ｂの開閉器９ｂおよび系統連系リレー６については閉成状態（接続状態）を維持するように制御する。そのため、燃料電池２ｂで発電された電力は、パワーコンディショナ１を介して図示しない電力負荷に供給される。つまり、本実施形態のパワーコンディショナ１では、太陽電池パネル２ａ側のコンバータ４ａ（または太陽電池パネル２ａ）に異常が発生しても、パワーコンディショナ１の運転を全面的に停止させることなく、燃料電池２ｂ側での発電を継続し、燃料電池２ｂによって発電された電力を電力負荷に供給できるようにしている。

Ｃ：異常検出手段１０がコンバータ４ｂの異常を検出した場合
この場合、異常が検出されたコンバータ４ｂは系統３に連系させておくことはできないので、制御部７は、コンバータ４ｂの開閉器９ｂを開成させて、コンバータ４ｂを系統から解列させるとともに、当該コンバータ４ｂおよびコンバータ４ｂに接続されている燃料電池２ｂに対して運転を停止させる処理を実行する。つまり、この場合も上述したコンバータ４ａの異常が検出された場合と同様に、コンバータ４ａ，４ｂおよびインバータ５のいずれもが運転中であっても、異常検出手段１０により異常が検出されたコンバータ４ｂについては、その開閉器９ｂを開成させるようになっている。

そして、異常が検出されていないコンバータ４ａの開閉器９ａおよび系統連系リレー６については、制御部７は閉成状態（接続状態）を維持するように制御して、太陽電池パネル２ａで発電された電力がパワーコンディショナ１を介して図示しない電力負荷や系統３に供給されるようにしている。つまり、燃料電池２ｂ側のコンバータ４ｂ（または燃料電池２ｂ）に異常が発生しても、パワーコンディショナ１はその運転を全面的に停止させることなく、太陽電池パネル２ａ側での発電を継続し、太陽電池パネル２ａによって発電された電力を電力負荷および系統３に供給できるようにしている。

このように、本発明に係るパワーコンディショナ１では、１のインバータ５に複数のコンバータ４が接続されるパワーコンディショナにおいて、コンバータ４の異常を検出する異常検出手段１０と、コンバータ４に他のコンバータ４およびインバータ５との接続を分離する開閉器９とが備えられており、制御部７は、上記異常検出手段１０によってコンバータ４の異常を検出したときは、当該異常が検出されたコンバータ４に備えられた開閉器９を開成させる制御構成を備えていることから、異常が検出されたコンバータ４だけを系統３から解列させて、他の異常が検出されていないコンバータ４とインバータ５とでパワーコンディショナ１の運転を継続することができる。そのため、異常検出されていないコンバータ４に接続されている発電部２の発電を停止させることなくパワーコンディショナ１を通じて電力負荷などに対する電力供給を継続することができる。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、発電部２として、太陽電池パネル２ａと燃料電池２ｂのように種類の異なる発電設備を接続した場合を示したが、本発明に係るパワーコンディショナは、このように種類の異なる発電設備を接続するだけでなく、複数の太陽電池パネル２ａを接続するなど同種の発電設備を複数接続するようにして用いることも可能である。また、発電部２として上述した太陽電池ａや燃料電池２ｂ以外の発電設備を用いることももちろん可能である。

また、上述した実施形態では、コンバータ４として２基のコンバータを用いた場合を示したが、パワーコンディショナ１に接続する発電部２の数に応じて３基以上のコンバータ４を備えるように構成することも可能である。

さらに、上述した実施形態では、異常検出手段１０は、パワーコンディショナ１に備えられている全てのコンバータ４について異常の有無を検出するように構成した場合を示したが、パワーコンディショナに備えられる一部のコンバータ４を対象にして異常検出を行うように構成してもよい。つまり、異常検出手段１０は、パワーコンディショナ１に備えられる少なくとも１以上のコンバータ４に備えられていればよく、また、各コンバータ４に備えられていた開閉器９は異常検出手段１０の備えられたコンバータ４に設けられていればよい。したがって、たとえば、異常検出手段１０がコンバータ４の絶縁破壊の有無を検出するようにプログラムされている場合には、非絶縁型のコンバータ４ａについては異常検出手段１０や開閉器９を備えないようにすることも可能である。

また、上述した実施形態では、異常検出手段１０を制御部７に設けた場合を示したが、異常検出手段１０は制御部７とは独立したものとして設けてもよい。

１ パワーコンディショナ
２ 発電部
２ａ 太陽電池パネル
２ｂ 燃料電池
３ 系統（商用電力系統）
４ コンバータ
４ａ 非絶縁型のコンバータ
４ｂ 絶縁型のコンバータ
５ インバータ
６ 系統連系リレー（第２の開閉器）
７ 制御部
８ ＤＣリンクコンデンサ
９，９ａ，９ｂ 開閉器
１０ 異常検出手段

Claims (4)

1. １のインバータに複数のコンバータが接続されるパワーコンディショナにおいて、
   少なくとも１以上のコンバータに、当該コンバータの異常を検出する異常検出手段と、当該コンバータと前記インバータおよび他のコンバータとの接続を分離する開閉器とが備えられ、
   制御部は、前記異常検出手段によりコンバータの異常を検出したときは、当該異常が検出されたコンバータに備えられた前記開閉器を開成させる制御構成を備えたことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記インバータを系統に連系させる第２の開閉器を備えてなり、
   前記制御部は、前記インバータおよび複数のコンバータが運転中において、前記異常検出手段によりいずれかのコンバータにおいて異常が検出されたときは、当該異常が検出されたコンバータの開閉器のみを開成させる一方、運転中の他のコンバータの開閉器および前記第２の開閉器は閉成状態を維持する制御構成を備えていることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記異常検出手段で検出されるコンバータの異常には、当該コンバータに接続される発電部の異常が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記複数のコンバータに非絶縁型のコンバータが含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパワーコンディショナ。

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