JP2016005408A

JP2016005408A - 電力変換装置および電力変換システム

Info

Publication number: JP2016005408A
Application number: JP2014125664A
Authority: JP
Inventors: 哲成押目; Tetsunari Oshime
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2016-01-12

Abstract

【課題】バッテリーを追加せずに、パワーコンディショナの動作中の異常の発生について、発生日時を併せて記録することができる電力変換装置を得ること。【解決手段】太陽電池モジュールからの直流電力をインバータにより交流電力に変換して電力系統と連系する電力変換装置であって、前記電力系統の電圧異常および周波数異常を含む電気諸量異常を、異常の種類を判別して検出する異常検出手段と、前記異常検出手段の異常検出に基づいて、異常発生時刻を外部機器から通信により取得する時刻取得手段と、前記異常検出手段の異常検出に基づいて、取得された前記異常発生時刻と共に前記異常の種類を記録する異常発生時情報記録手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置および電力変換システムに関する。

パワーコンディショナは、太陽電池が発電した直流電力によって電力を供給し動作する。このため、太陽電池が発電を行わない夜間および雨天の場合は、パワーコンディショナは動作することができない。また、一般にパワーコンディショナは、内部の異常や系統の異常を検出し、記録する機能を持っている。

さらに、パワーコンディショナの発電電力や家庭の消費電力を表示して確認する事を目的とした周辺機器がパワーコンディショナと共に設置される場合も多い。

特開２０１４−２３３４６号公報

電力変換装置における異常検出については、異常検出手段と異常発生時情報記録手段とを設ける技術がすでに公開されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、異常発生時の日時および運転状態の時系列の具体的な取得方法についての言及は無い。

パワーコンディショナは、太陽電池の発電による直流電力の供給が無い時間帯は電源がオフになっているため、計時機能が得られない。日付および時刻を把握するという目的のためだけにバッテリーを搭載することも考えられるが、コストがかかるという問題がある。

このため、動作中のパワーコンディショナに異常などが発生した際に、異常が発生した事実は記録出来るが何分かまでも含めた異常発生時刻を記録に残すのが困難であった。異常発生の日付および時刻が記録されていないと、例えば、異常ａ、異常ｂ、異常ｃといった異なる種類の異常発生の記録は残っていてもこれらの異常が同じ日に発生したのか、或いは数日、或いは数ヶ月の間を経て別々に発生したのかの判断が出来ず、異常発生の原因を究明することが困難となる。

例えば、系統の停電という異常の発生が記録に残っていた場合、発生日時が記録されていれば、実際に停電が発生した日時なのか、或いはパワーコンディショナに問題があって記録されたのか、などの原因の推測が可能となるが、現状では原因の推測が困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、バッテリーなどの新たな部品を追加せずに、パワーコンディショナの動作中の異常などのイベントの発生について、発生日時を併せて記録することができる電力変換装置および電力変換システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池モジュールからの直流電力をインバータにより交流電力に変換して電力系統と連系する電力変換装置であって、前記電力系統の電圧異常および周波数異常を含む電気諸量異常を、異常の種類を判別して検出する異常検出手段と、前記異常検出手段の異常検出に基づいて、異常発生時刻を外部機器から通信により取得する時刻取得手段と、前記異常検出手段の異常検出に基づいて、取得された前記異常発生時刻と共に前記異常の種類を記録する異常発生時情報記録手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、バッテリーなどの新たな部品を追加せずに、パワーコンディショナの動作中の異常などのイベントの発生について、発生日時を併せて記録することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽光発電システムと、周辺機器との接続構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる１つの電力変換装置と周辺機器の詳細な構成を示す図である。図３は、本発明の実施の形態にかかる電力変換システムの動作の様子を説明する図である。図４は、本発明の実施の形態２にかかる太陽光発電システムと、周辺機器との接続構成を示す図である。図５は、本発明の実施の形態２にかかる１つの電力変換装置と周辺機器の詳細な構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる電力変換装置および電力変換システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽光発電システムと、周辺機器２２との接続構成を示す図である。太陽光発電システムは、太陽電池アレイ１およびパワーコンディショナである電力変換装置２を備える。電力変換装置２と周辺機器２２とが電力変換システムを構成する。

太陽電池アレイ１は、複数枚の太陽電池モジュールを住宅の屋上などに設置し、複数枚の太陽電池モジュールを直列或いは並列に接続して構成したものである。太陽電池アレイ１には、各々に電力変換装置２が接続されている。図１の例では、複数の太陽電池アレイ１、および各々に接続される複数の電力変換装置２からなる太陽光発電システムが示されている。周辺機器２２は、例えば、通信手段２４を介して太陽電池アレイ１の発電電力を表示する電力モニターなどの外部機器である。商用電源から電力の供給を受けている電力モニターなど周辺機器２２は、年月日および日時の情報を使用している上、常時通電されているので現在の日時を把握することが容易である。

太陽電池アレイ１は、太陽光を受けて発電し、直流電力を発生させる。電力変換装置２は、太陽電池アレイ１で発生した直流電力を、交流電力へ変換する。電力変換装置２の出力線２３は、分電盤２０に接続されている。分電盤２０は、出力線２３に接続する分岐ブレーカー３０、商用電源である電力系統３に接続する分岐ブレーカー３１、住宅内の電気機器４１，４２に接続する分岐ブレーカー３２，３３、および周辺機器２２への電源線２１に接続する分岐ブレーカー３４を備える。太陽光発電システムからの交流電力は、分電盤２０内の分岐ブレーカー３０，３２，および３３を経由して、住宅内の電気機器４１，４２で消費される。周辺機器２２は、通信手段２４を介して電力変換装置２と通信が可能であり、時計機能を有する計時手段２５を備えている。

曇天時や雨天時などの太陽光発電システムの発電電力が少ない場合、或いは夜間など太陽光発電システムによる発電ができない場合には、電力系統３などの系統電源から分電盤２０を経由して電力が住宅内の負荷である電気機器４１，４２に供給される。即ち、買電が行われる。太陽光発電システムの発電電力が、電気機器４１，４２で消費されている全消費電力より多い場合は、発電電力の余剰分は分電盤２０を経由して電力系統３に逆潮流される。即ち、売電が行われる。

図２は、本発明の実施の形態１にかかる１つの電力変換装置２と周辺機器２２の詳細な構成を示す図である。なお、図２では、図１の分電盤２０の記載は省いてある。実施の形態１にかかる電力変換装置２は、太陽電池アレイ１から出力される直流電圧を規定の電圧値に変換するコンバータ４と、コンバータ４の出力電圧を規定の交流電圧に変換して交流電力を出力するインバータ５と、交流電力の高調波を除去するフィルタ回路７と、インバータ５の出力を電力系統３に供給するか否かを切り替える開閉器である出力リレー８と、インバータ５の出力電流を検出する出力電流検出部９と、インバータ５の出力電流の直流分を検出する出力電流直流分検出部１２と、電力系統３の電圧である系統電圧を検出する系統電圧検出部１１と、出力電流検出部９により検出されたインバータ５の出力電流、出力電流直流分検出部１２により検出されたインバータ５の出力電流の直流分、および系統電圧検出部１１により検出された系統電圧に基づいて、コンバータ４、インバータ５、および出力リレー８を制御する制御部６とを備えている。

制御部６は、出力電流検出部９、出力電流直流分検出部１２、および系統電圧検出部１１の各検出値を制御部６の演算処理に適した値に変換するセンサ回路１０と、センサ回路１０からの信号に基づいて、電力系統３および電力変換装置２の電気諸量異常を検出する異常検出手段１３と、電気諸量異常の検出時および当該検出時における電力系統３の電気諸量を関連付けた異常発生時情報を記録する異常発生時情報記録手段１４と、電力変換装置２の外部から有線或いは無線により異常発生時刻についての情報を取得する時刻取得手段１５と、を備えている。

外部機器である周辺機器２２は、通信手段２４を介して電力変換装置２の時刻取得手段１５と通信が可能であり、内部に時計機能を有する計時手段２５を備えている。通信手段２４は無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を含む無線通信によるものであってもよいし、有線通信によるものであってもよい。周辺機器２２は、電源線２１を介して商用電源である電力系統３から電源の供給を受けているので常時通電されており、計時手段２５は太陽電池アレイ１の発電状況に依存せずに時計機能を維持することができる。

図２に示したように、太陽電池アレイ１が発電する直流電力を交流電力に変換して電力系統３と連系する系統連系パワーコンディショナである電力変換装置２を構成した場合、制御部６は、電力系統３に規定された系統電圧上昇保護、系統電圧低下保護、系統周波数上昇保護、および系統周波数低下保護の各系統連系保護機能を有している必要がある。これら各系統連系保護機能は、電力系統３の異常、例えば、過電圧、不足電圧、周波数異常を検出した場合には、電力変換装置２が単独運転して電力系統３に影響を与えないように、電力変換装置２の運転を停止する、或いは、電力系統３の異常による影響を電力変換装置２が受けないように、電力変換装置２を保護停止する。一方で、電力変換装置２側の異常により、上述した各系統連系保護機能が誤動作して電力変換装置２が停止する場合があるため、電力変換装置２が停止した原因が電力系統３の異常によるものであるか、或いは、電力変換装置２側の異常により各系統連系保護機能が誤動作して電力変換装置２が停止したのかを異常検出手段１３は判別する必要がある。

本実施の形態では、異常検出手段１３は、センサ回路１０からの信号に基づいて、上記した電力系統３の異常、および電力変換装置２側の異常について異常の種類を判別して検出する。異常検出手段１３は、例えば、電力系統３の電圧異常および周波数異常を含む電気諸量異常を検出する。異常検出手段１３は、電力系統３の電圧異常および周波数異常を含んだ異常を検出すると、時刻取得手段１５に異常が発生した時刻を取得するように指示する。時刻取得手段１５は、異常検出手段１３による異常検出がトリガとなって、周辺機器２２の計時手段２５に異常発生の日時を問い合わせる。即ち、図３の矢印（１）に示すように電力変換装置２は、異常が発生すると通信手段２４を介して外部機器である周辺機器２２に異常検出の日時を問い合わせる。

異常検出の日時の問い合わせを受けた計時手段２５は、異常発生の日時を通信手段２４を介して時刻取得手段１５に通知する。即ち、図３の矢印（２）に示すように周辺機器２２は、通信手段２４を介して電力変換装置２に異常発生の日時を通知する。時刻取得手段１５は、取得した日時データを異常発生時情報記録手段１４に提供する。

異常発生時情報記録手段１４は、例えば、センサ回路１０から入力される系統電圧値、系統周波数、および系統電圧位相を常時バッファリングしている。異常発生時情報記録手段１４は、異常検出手段１３が電気諸量異常を検出すると、異常発生時情報を記録する。即ち、異常発生時情報記録手段１４は、時刻取得手段１５が取得した異常発生日時である異常発生の年、月、日、時刻と共に、異常検出手段１３が検出した異常の種類、並びに当該検出時における系統電圧値、系統周波数、および系統電圧位相を、記憶媒体に記録する。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる太陽光発電システムと、周辺機器２２との接続構成を示す図である。図４が図１と異なる点は、周辺機器２２が電力系統３からの電源供給を受けずに、内部に電源であるバッテリー２６を備えている点である。周辺機器２２が電力系統３からの電源供給を受けずにバッテリー２６を備えている点以外は図１と同様である。周辺機器２２は、有線或いは無線の通信手段２４を介して電力変換装置２と通信が可能であり、時計機能を有する計時手段２５を備えている。図５は、本発明の実施の形態２にかかる１つの電力変換装置２と周辺機器２２の詳細な構成を示す図である。図５が図２と異なる点も、周辺機器２２が電力系統３からの電源供給を受けずに、内部にバッテリー２６を備えている点である。周辺機器２２が電力系統３からの電源供給を受けずにバッテリー２６を備えている点以外は図２と同様であり説明を省略する。

本実施の形態２において計時手段２５はバッテリー２６から電源を確保して、バッテリー２６から供給される電力で動作している。本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、異常検出手段１３は、異常を検出すると、時刻取得手段１５に異常が発生した時刻を取得するように指示する。時刻取得手段１５は、異常検出手段１３による異常検出がトリガとなって、周辺機器２２の計時手段２５に異常発生の日時を問い合わせる。即ち、図３の矢印（１）に示すように電力変換装置２は、異常が発生すると通信手段２４を介して外部機器である周辺機器２２に異常検出の日時を問い合わせる。

異常発生時情報記録手段１４は、異常検出手段１３が電気諸量異常を検出すると、異常発生時情報を記録する。即ち、異常発生時情報記録手段１４は、時刻取得手段１５が取得した異常発生日時である異常発生の年、月、日、時刻と共に、異常検出手段１３が検出した異常の種類、並びに当該検出時における系統電圧値、系統周波数、および系統電圧位相を記憶媒体に記録する。

なお、周辺機器２２はバッテリー２６を内蔵しているが、バッテリー２６の消耗を抑えるため、図４の通信手段２４を有線接続の通信線にしておき、太陽電池アレイ１が発電している期間は、電力変換装置２から電力の供給を受けるようにしても構わない。また、周辺機器２２が内蔵しているバッテリー２６は、例えば、電気二重層コンデンサのような蓄電池手段であってもよい。

以上、本発明の実施の形態１および２にかかる電力変換装置２および電力変換システムによれば、異常発生の日時についての情報を常時通電されている周辺機器２２から電力変換装置２が取得することにより、新たな部品を追加する事なく、パワーコンディショナの通電中に異常などの記録すべきイベントが発生した際の日時を記録することが可能となる。従って、パワーコンディショナの運転状態の時系列がより明確になり異常発生の原因究明や故障の原因解析が容易になる。

さらに、本願発明は上記実施の形態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種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかる電力変換装置および電力変換システムは、パワーコンディショナの異常発生情報の記録に有用であり、特に、太陽電池が発電を行わない場合に電源がオフになるパワーコンディショナを有する電力変換装置および電力変換システムに適している。

１太陽電池アレイ、２電力変換装置、３電力系統、４コンバータ、５インバータ、６制御部、７フィルタ回路、８出力リレー、９出力電流検出部、１０センサ回路、１１系統電圧検出部、１３異常検出手段、１４異常発生時情報記録手段、１５時刻取得手段、２１電源線、２２周辺機器、２３出力線、２４通信手段、２５計時手段、２６バッテリー、３０，３１，３２，３３，３４分岐ブレーカー、４１，４２電気機器。

Claims

太陽電池モジュールからの直流電力をインバータにより交流電力に変換して電力系統と連系する電力変換装置であって、
前記電力系統の電圧異常および周波数異常を含む電気諸量異常を、異常の種類を判別して検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段の異常検出に基づいて、異常発生時刻を外部機器から通信により取得する時刻取得手段と、
前記異常検出手段の異常検出に基づいて、取得された前記異常発生時刻と共に前記異常の種類を記録する異常発生時情報記録手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
太陽電池モジュールからの直流電力をインバータにより交流電力に変換して電力系統と連系する電力変換装置と前記電力変換装置と通信可能な外部機器とを有する電力変換システムであって、
前記電力変換装置は、
前記電力系統の電圧異常および周波数異常を含む電気諸量異常を、異常の種類を判別して検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段の異常検出に基づいて、異常発生時刻を外部機器から通信により取得する時刻取得手段と、
前記異常検出手段の異常検出に基づいて、取得された前記異常発生時刻と共に前記異常の種類を記録する異常発生時情報記録手段と、
を備え、
前記外部機器は、時計機能を有する計時手段を備え、前記時刻取得手段に要求された前記異常発生時刻を前記時刻取得手段に通知する
ことを特徴とする電力変換システム。
前記外部機器は、前記電力系統から電力供給を受けている
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換システム。
前記外部機器は、内部に電源を備え、前記電源から電力供給を受けている
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換システム。