JP2014090618A - パワーコンディショナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常が発生しても負荷に対して電力を供給し続けることができるパワーコンディショナ装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るパワーコンディショナ装置１は、ＤＣ／ＡＣインバータ２のＡＣ側入出力端と系統１０とを接続する系統電力線４と、ＡＣ側入出力端と負荷２０とを接続する負荷電力線５と、系統電力線４に介装された系統開閉器ＳＷ１と、負荷電力線５に介装された負荷開閉器ＳＷ２と、系統開閉器ＳＷ１の系統１０側において一端が系統電力線４に接続され、負荷開閉器ＳＷ２の負荷２０側において他端が負荷電力線５に接続されたバイパス用開閉器ＳＷ３を備える。バイパス用開閉器ＳＷ３は、制御部６によって開閉制御されるものであり、バイパス用開閉器ＳＷ３が閉じられると、当該バイパス用開閉器ＳＷ３を通じて系統１０から負荷２０への電力供給が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、系統からの電力と蓄電池からの電力とを負荷に供給するパワーコンディショナ装置に関する。

従来のパワーコンディショナシステムとして、例えば特許文献１には図１３に示すパワーコンディショナシステム１００が開示されている。同図に示すように、パワーコンディショナシステム１００は、ＡＣ側が系統１０および負荷２０に接続されたＤＣ／ＡＣインバータ１０１と、ＤＣ／ＡＣインバータ１０１のＤＣ側に接続された蓄電池１０２と、ＤＣ／ＡＣインバータ１０１のＤＣ側に一方のＤＣ側が接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１０３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の他方のＤＣ側に接続された太陽電池１０４とからなり、ＤＣ／ＡＣインバータ１０１と系統１０とを接続する電力線には、スイッチ１０５が介装されている。

このパワーコンディショナシステム１００では、閉（オン）状態とされたスイッチ１０５を介して系統１０の電力が負荷２０および蓄電池１０２に供給され、負荷２０が駆動されたり、蓄電池１０２が充電されたりする。また、このパワーコンディショナシステム１００では、予め蓄えられた蓄電池１０２の電力、または太陽電池１０４によって得られた電力が負荷２０に供給され、これにより負荷２０において必要となる電力の全てが蓄電池１０２または太陽電池１０４によって賄われることもある。
なお、このとき、スイッチ１０５は開（オフ）状態とされ、パワーコンディショナシステム１００は系統１０から切り離される（解列される）。

特開平６−２６６４５５号公報

ところで、上記パワーコンディショナシステム１００を含む従来のパワーコンディショナシステムは、何らかの異常が発生すると、解列のためのスイッチ（図１３のスイッチ１０５）を直ちに開（オフ）状態とすることにより、当該異常による悪影響が系統に及ばないよう構成されているのが一般的である。
解列のためのスイッチが開（オフ）状態となると、系統からの電力を負荷に供給することができなくなる。また、当該異常がＤＣ／ＡＣインバータの異常であれば、ＤＣ／ＡＣインバータを介して蓄電池の電力または太陽電池の電力を負荷に供給することもできなくなる。

つまり、従来のパワーコンディショナシステムでは、何らかの異常が発生した場合に、負荷への電力供給が突然遮断され、不都合が生じることがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、異常が発生しても負荷に対して電力を供給し続けることができるパワーコンディショナ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るパワーコンディショナ装置は、ＡＣ側入出力端とＤＣ側入出力端とを有するＤＣ／ＡＣインバータと、ＡＣ側入出力端と系統とを接続する系統電力線と、ＡＣ側入出力端と負荷とを接続する負荷電力線と、系統電力線に介装された系統開閉器と、負荷電力線に介装された負荷開閉器と、系統開閉器の系統側において一端が系統電力線に接続され、負荷開閉器の負荷側において他端が負荷電力線に接続されたバイパス用開閉器と、ＤＣ／ＡＣインバータ、系統開閉器、負荷開閉器およびバイパス用開閉器を制御する制御部とを備え、制御部によってバイパス用開閉器が閉じられると、バイパス用開閉器を通じて系統から負荷への電力供給が可能となることを特徴とする。

この構成によれば、解列のために系統開閉器（および負荷開閉器）を開（オフ）状態にせざるを得ない状況においても、バイパス用開閉器を閉（オン）状態とすることにより系統の電力を負荷に供給するためのバイパス路を形成することができるので、負荷への電力供給が突然遮断されるのを防ぐことができる。

上記パワーコンディショナ装置は、系統開閉器の系統側において一端が系統電力線に接続され、負荷開閉器の負荷側において他端が負荷電力線に接続されたバイパス用遮断器であって、手動で開閉制御されるものをさらに備えていることが好ましい。この場合は、バイパス用開閉器およびバイパス用遮断器の少なくとも一方が閉じられると、当該少なくとも一方を通じて系統から負荷への電力供給が可能となる。

この構成によれば、制御部の停止により全ての開閉器（系統開閉器、負荷開閉器、バイパス用開閉器）が開閉制御不能となった状況（例えば、メンテナンス時）においても、手動でバイパス用遮断器を閉（オン）状態とすることにより系統の電力を負荷に供給するためのバイパス路を形成することができるので、負荷への電力供給が遮断されるのを防ぐことができる。

上記パワーコンディショナ装置が、少なくともＤＣ／ＡＣインバータの異常を検出する異常検出部をさらに備えている場合は、例えば（１）〜（３）の制御が行われる。
（１）異常検出部によって異常が検出されると、制御部がＤＣ／ＡＣインバータを停止させ、系統開閉器および負荷開閉器を開状態とし、バイパス用開閉器を閉状態とすることにより、バイパス状態とする。
（２）バイパス状態においてバイパス用遮断器が閉じられると、制御部がバイパス用開閉器を開状態とする。
（３）バイパス状態において異常が回復すると、制御部が系統開閉器および負荷開閉器を閉状態とし、その後、バイパス用開閉器を開状態とする。

本発明によれば、異常が発生しても負荷に対して電力を供給し続けることができるパワーコンディショナ装置を提供することができる。

本発明に係るパワーコンディショナ装置の回路図である。 本発明に係るパワーコンディショナ装置の状態遷移図である。 状態１とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態２とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態３とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態４とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態５とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態６とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態７とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態８とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態９とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 状態１０とされたパワーコンディショナ装置の回路図である。 従来のパワーコンディショナ装置の回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るパワーコンディショナ装置の実施形態について説明する。

［パワーコンディショナ装置の構成］
図１は、本発明に係るパワーコンディショナ装置の回路図である。同図に示すように、パワーコンディショナ装置１は、ＡＣ側入出力端とＤＣ側入出力端の２つの入出力端を有するＤＣ／ＡＣインバータ２と、ＤＣ／ＡＣインバータ２のＡＣ側入出力端と系統１０とを接続する系統電力線４と、ＤＣ／ＡＣインバータ２のＡＣ側入出力端と負荷２０とを接続する負荷電力線５と、系統電力線４に介装された系統開閉器ＳＷ１と、負荷電力線５に介装された負荷開閉器ＳＷ２とを備えている。
本実施形態では、ＤＣ／ＡＣインバータ２のＤＣ側入出力端に蓄電池３が接続されているが、従来のパワーコンディショナ装置と同様、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび太陽電池がさらに接続されていてもよい（図１３参照）。

パワーコンディショナ装置１は、系統電力線４と負荷電力線５との間に接続されたバイパス用開閉器ＳＷ３およびバイパス用遮断器ＳＷ４をさらに備えている。バイパス用開閉器ＳＷ３は、一端が系統開閉器ＳＷ１の系統１０側に接続され、他端が負荷開閉器ＳＷ２の負荷２０側に接続されている。同様に、バイパス用遮断器ＳＷ４は、一端が系統開閉器ＳＷ１の系統１０側に接続され、他端が負荷開閉器ＳＷ２の負荷２０側に接続されている。

バイパス用開閉器ＳＷ３およびバイパス用遮断器ＳＷ４の少なくとも一方が閉（オン）状態となると、当該少なくとも一方によってバイパス路が形成され、系統１０から負荷２０への電力供給が可能となる。

この他、本実施形態に係るパワーコンディショナ装置１は、ＤＣ／ＡＣインバータ２のＡＣ側入出力端の近傍に設けられたトランスＴ１、負荷電力線５に設けられたトランスＴ２、系統電力線４および負荷電力線５にそれぞれ介装された遮断器ＳＷ５および遮断器ＳＷ６をさらに備えているが、これらは適宜省略してもよい。
また、パワーコンディショナ装置１は、図１に示されていないトランス、開閉器、遮断器等をさらに備えていてもよい。
なお、遮断器ＳＷ５および遮断器ＳＷ６を備える場合、バイパス用遮断器ＳＷ４は、一端が遮断器ＳＷ５の系統１０側に接続され、他端が遮断器ＳＷ６の負荷２０側に接続される。

系統開閉器ＳＷ１、負荷開閉器ＳＷ２およびバイパス用開閉器ＳＷ３としては、制御部６によって開閉制御（これには、閉（オン）状態を開（オフ）状態とする制御と、開（オフ）状態を閉（オン）状態とする制御が含まれる）され得る任意のスイッチ手段を使用することができる。
このようなスイッチ手段としては、例えば、コイルに電流を流しているときだけ接触子同士が接触し、閉状態となる電磁接触器（ＭＣ）がある。なお、当然ではあるが、コイルに電流が流れなくなると電磁接触器は開（オフ）状態となる。

バイパス用遮断器ＳＷ４および遮断器ＳＷ５、ＳＷ６としては、制御部６ではなく、手動で開閉制御され得る任意のスイッチ手段を使用することができる。このようなスイッチ手段としては、配電盤等で用いられる配線用遮断器（ＭＣＣＢ）がある。
バイパス用遮断器ＳＷ４および遮断器ＳＷ５、ＳＷ６は手動で開閉制御されることを基本としているが、閉状態を開状態とする制御については、制御部６によって行われることが可能となっていてもよい。一方、開（オフ）状態を閉（オン）状態とする制御は、制御部６によっては行われない。

制御部６は、各部の状態を参照しながら、ＤＣ／ＡＣインバータ２、系統開閉器ＳＷ１、負荷開閉器ＳＷ２およびバイパス用開閉器ＳＷ３を制御する。制御部６が参照する各部の状態には、異常検出部７から送出される異常の有無に関する情報が含まれている。

異常検出部７は、様々なセンサを有している。異常検出部７は、センサによって得た情報に基づいて少なくともＤＣ／ＡＣインバータ２の異常を検出する。ＤＣ／ＡＣインバータ２の異常としては、例えば、半導体スイッチング素子の温度上昇や、入出力端における電流の急変動がある。

本実施形態に係るパワーコンディショナ装置１では、異常検出部７が系統１０の異常も検出する。系統１０の異常としては、例えば、系統電圧の変動や、系統周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）の変動がある。

［パワーコンディショナ装置の動作］
続いて、パワーコンディショナ装置１の動作について、状態遷移図（図２）および各状態の回路図（図３〜図１２）を参照しながら説明する。なお、図３〜図１２の各図においては、トランスＴ１、Ｔ２、および遮断器ＳＷ５、ＳＷ６の図示を省略している。

動作開始直後の初期状態が状態９（図１１）である。状態９では、制御部６によって全ての開閉器（ＳＷ１〜ＳＷ３）が開（オフ）状態とされ、ＤＣ／ＡＣインバータ２が停止状態とされている。また、バイパス用遮断器ＳＷ４は、開（オフ）状態とされている。

系統１０に異常がなければ、制御部６は連系が可能であると判断し、系統開閉器ＳＷ１および負荷開閉器ＳＷ２を閉（オン）状態とする。これにより、パワーコンディショナ装置１は状態３（図５）となる。状態３では、系統開閉器ＳＷ１および負荷開閉器ＳＷ２を通じて系統１０の電力を負荷２０に供給することができる。

蓄電池３の残量が少ない場合は、制御部６の制御下でＤＣ／ＡＣインバータ２が力行動作する。この状態が、状態１（図３）である。状態１では、系統１０の電力が負荷２０だけでなく蓄電池３にも供給され、これにより蓄電池３が充電される。

一方、蓄電池３の残量が十分な場合は、制御部６の制御下でＤＣ／ＡＣインバータ２が回生動作する。この状態が、状態２（図４）である。状態２では、蓄電池３の電力が系統１０に逆潮流されるか、または負荷２０に供給される。

制御部６は、蓄電池３の残量だけでなく、負荷２０の使用電力や、太陽電池が接続されている場合には該太陽電池の発電電力等も参照して、パワーコンディショナ装置１を状態１〜状態３のどの状態とするのが良いのかを決定する。

状態１〜状態３のいずれかの状態にあるときに、異常検出部７によって系統１０の電圧が著しく低下したことが検出されると、制御部６は、停電が起こったと判断し、系統開閉器ＳＷ１を開状態とするとともに、ＤＣ／ＡＣインバータ２を停止させる。この状態が、状態８（図１０）である。なお、このとき、負荷開閉器ＳＷ２は閉（オン）状態のままとされる。

系統１０の電圧が元に戻ると、制御部６は、停電が終了したと判断し、系統開閉器ＳＷ１を閉（オン）状態とする。これにより、パワーコンディショナ装置１は状態３に戻る。

状態８において、蓄電池３の残量が十分な場合は、ＤＣ／ＡＣインバータ２が自立運転を行う。この状態が、状態４（図６）である。状態４では、ＤＣ／ＡＣインバータ２および閉（オン）状態のままとされた負荷開閉器ＳＷ２を通じて、蓄電池３の電力が負荷２０に供給される。これにより、長時間にわたって負荷２０に電力が供給されないという深刻な事態を回避することができる。

状態４において、蓄電池３の残量が少なくなると、ＤＣ／ＡＣインバータ２は自立運転を停止する。これにより、パワーコンディショナ装置１は状態８に戻る。

状態９において連系が不可能であると判断された場合、および状態１〜４、８において停電以外の異常が検出された場合は、制御部６によって系統開閉器ＳＷ１および負荷開閉器ＳＷ２が開（オフ）状態とされるとともに、バイパス用開閉器ＳＷ３が閉（オン）状態とされる。この状態が、状態５（図７）である。

系統開閉器ＳＷ１が開（オフ）状態となると、ＤＣ／ＡＣインバータ２と系統１０が電気的に切り離された状態となるので、パワーコンディショナ装置１に異常が発生したことによる悪影響が系統１０に及ぶことはない。
一方、系統開閉器ＳＷ１が開（オフ）状態となると、系統開閉器ＳＷ１を通じて系統１０の電力を負荷２０に供給することができなくなる。しかしながら、本実施形態に係るパワーコンディショナ装置１では、バイパス用開閉器ＳＷ３が閉（オン）状態となって系統１０と負荷２０の間にバイパス路が形成されるので、系統開閉器ＳＷ１が開（オフ）状態となったとしても、負荷２０への電力供給は遮断されない。

状態５において、発生していた全ての異常が検出されなくなると、制御部６は、異常が回復したと判断し、系統開閉器ＳＷ１および負荷開閉器ＳＷ２を閉（オン）状態とする。この状態が、状態１０（図１２）である。状態１０では、系統開閉器ＳＷ１と負荷開閉器ＳＷ２を通る経路、およびバイパス用開閉器ＳＷ３によるバイパス路の双方から負荷２０に電力が供給される。

状態１０となった後、所定時間（例えば１秒）が経過すると、制御部６は、バイパス用開閉器ＳＷ３を開（オフ）状態とする。これにより、パワーコンディショナ装置１は、状態３となる。状態５と状態３の間に状態１０を挟んでいるのは、開閉器の開閉にはある程度の時間がかかるからである。
より詳しくは、系統開閉器ＳＷ１および負荷開閉器ＳＷ２を開（オフ）状態から閉（オン）状態とする制御と、バイパス用開閉器ＳＷ３を閉（オン）状態から開（オフ）状態とする制御を時間差なく行うと、ごく短時間ではあるが、全ての開閉器が開（オフ）状態となって負荷２０への電力供給が途切れてしまう可能性があるからである。

なお、上記１秒という所定時間は単なる例示であり、状態１０とする時間は開閉器の制御追従性等に応じて適宜変更可能である。

状態５において、異常が自然回復しない場合は、オペレータがバイパス用遮断器ＳＷ４を閉（オン）状態としてメンテナンスモードに入る必要がある。

バイパス用遮断器ＳＷ４を閉（オン）状態とした直後の状態が状態６（図８）である。状態６では、バイパス用開閉器ＳＷ３によるバイパス路、およびバイパス用遮断器ＳＷ４によるバイパス路の双方から負荷２０に電力が供給される。

状態６となった後、所定時間（例えば１秒）が経過すると、制御部６は、バイパス用開閉器ＳＷ３を開状態とする。これにより、パワーコンディショナ装置１は、状態７（図９）となる。状態７では、バイパス用遮断器ＳＷ４によるバイパス路を通じて負荷２０に電力が供給される。

状態５と状態７の間に状態６を挟んでいるのは、状態１０を挟んだのと同じ理由からである。状態１０と同様、上記１秒という所定時間は適宜変更可能である。

メンテナンスモードでは、メンテナンスのために制御部６も動作を停止する。このため、制御部６の制御下にある系統開閉器ＳＷ１、負荷開閉器ＳＷ２およびバイパス用開閉器ＳＷ３は全て開（オフ）状態となり、ＤＣ／ＡＣインバータ２も動作を停止する。このため、系統開閉器ＳＷ１、負荷開閉器ＳＷ２およびバイパス用開閉器ＳＷ３を通じて負荷２０に電力を供給することはできない。
しかしながら、手動で開閉制御されるバイパス用遮断器ＳＷ４は閉（オン）状態のままである。このため、本実施形態に係るパワーコンディショナ装置１では、メンテナンスモードにおいても系統１０から負荷２０に電力を供給し続けることができる。

メンテナンスが終了し、バイパス用遮断器ＳＷ４が手動で開（オフ）状態とされると、パワーコンディショナ装置１は通常モードの状態９に戻る。

以上、本発明に係るパワーコンディショナ装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。例えば、メンテナンスモードが不要な場合は、バイパス用遮断器ＳＷ４を省略してもよい。

１ パワーコンディショナ装置
２ ＤＣ／ＡＣインバータ
３ 蓄電池
４ 系統電力線
５ 負荷電力線
１０ 系統
２０ 負荷
ＳＷ１ 系統開閉器
ＳＷ２ 負荷開閉器
ＳＷ３ バイパス用開閉器
ＳＷ４ バイパス用遮断器

Claims (5)

1. ＡＣ側入出力端とＤＣ側入出力端とを有するＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記ＡＣ側入出力端と系統とを接続する系統電力線と、
   前記ＡＣ側入出力端と負荷とを接続する負荷電力線と、
   前記系統電力線に介装された系統開閉器と、
   前記負荷電力線に介装された負荷開閉器と、
   前記系統開閉器の前記系統側において一端が前記系統電力線に接続され、前記負荷開閉器の前記負荷側において他端が前記負荷電力線に接続されたバイパス用開閉器と、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータ、前記系統開閉器、前記負荷開閉器および前記バイパス用開閉器を制御する制御部とを備え、
   前記制御部によって前記バイパス用開閉器が閉じられると、前記バイパス用開閉器を通じて前記系統から前記負荷への電力供給が可能となることを特徴とするパワーコンディショナ装置。
2. 前記系統開閉器の前記系統側において一端が前記系統電力線に接続され、前記負荷開閉器の前記負荷側において他端が前記負荷電力線に接続されたバイパス用遮断器をさらに備え、
   前記バイパス用遮断器は、手動で開閉制御されるものであり、
   前記バイパス用開閉器および前記バイパス用遮断器の少なくとも一方が閉じられると、当該少なくとも一方を通じて前記系統から前記負荷への電力供給が可能とな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装置。
3. 少なくとも前記ＤＣ／ＡＣインバータの異常を検出する異常検出部をさらに備え、
   前記異常検出部によって異常が検出されると、前記制御部によって前記ＤＣ／ＡＣインバータが停止させられ、前記系統開閉器および前記負荷開閉器が開けられ、前記バイパス用開閉器が閉じられることによりバイパス状態とされ、前記系統から前記負荷への電力供給が可能とな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装置。
4. 前記バイパス状態において前記バイパス用遮断器が閉じられると、前記制御部によって前記バイパス用開閉器が開けられることを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナ装置。
5. 前記バイパス状態において前記異常が回復すると、前記制御部によって前記系統開閉器および前記負荷開閉器が閉じられ、その後、前記バイパス用開閉器が開けられることを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナ装置。

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