JP2016067080A - 系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な異常検出装置を提供する。
【解決手段】系統連系用リレーの異常検出装置であって、異常検出時のパワーコンディショナの出力電圧を設定するとともに、系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧を設定する電圧設定処理と、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナの出力電流の有無に基づいて系統連系用リレーの異常判定を行なう第１判定処理と、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナの出力電圧と商用系統電圧との差分と、基準電圧に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて系統連系用リレーの異常判定を行なう第２判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナに関する。

太陽電池や燃料電池等を備えた分散型直流電源は、商用系統に連系させて使用するために、周波数や電圧を商用系統に適合するように交流電力に変換するパワーコンディショナで構成されている。

パワーコンディショナは、太陽電池や燃料電池等で発電された直流電圧を所定の直流電圧値に調整するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、ＤＣ／ＡＣインバータの出力から高周波成分を除去するＬＣフィルタ等を備えている。

太陽電池や燃料電池等に接続されたパワーコンディショナが系統連系運転を行なっている配電線に地絡または短絡事故が発生し、或いは計画停電等によって変電所から配電線への電力の送電が停止した状態、即ち単独運転状態に至った場合に、区分開閉器の動作への影響防止及び配電線等の保全作業時の安全性を確保するために、パワーコンディショナの制御装置によって系統連系用リレーが開成されて当該配電線から分散型電源が解列される。

そして、パワーコンディショナの制御装置によって商用系統から切り離された自立系統、或いは商用系統とは連系することなく独立した自立系統に接続するべく自立系統用リレーが閉成されることによって、パワーコンディショナは分散型直流電源から交流電源へ変換し、自立系統に交流電力を供給する。

パワーコンディショナの制御装置には、系統連系時に商用系統電圧の位相に同期した交流電流がＤＣ／ＡＣインバータから出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に法定された所定レベルの電圧が出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電圧制御ブロックを備えている。法定された所定レベルの電圧とは、電気事業法第２６条及び同法施行規則第４４条に規定され、低圧需要家に向けて、標準電圧１００Ｖに対して１０１±６Ｖ、標準電圧２００Ｖに対して２０２±２０Ｖ以内の電圧をいう。

商用系統から解列して自立系統に給電する自立運転を行なう場合には、商用系統への逆充電防止及び非同期投入防止のために、系統連系用リレーの接点が溶着することなく正常であるか否かを検出する必要があり、また系統連系用リレーの接点が溶着している場合には、系統連系運転から自立運転への移行を阻止する必要がある。

特許文献１には、インバータ回路からの交流電力を平滑するフィルタ回路と、インバータ回路の運転状態を制御するインバータ回路制御手段と、系統連系用リレーの連系又は解列の状態の制御手段と、フィルタ回路と系統連系用リレーの間に接続され、フィルタ回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路制御手段によりインバータ回路が停止状態に制御されているときに、系統連系用リレーの制御状態及び電流検出手段の検出結果に基づいて系統連系装置の異常を検出する手段とを有する系統連系装置が開示されている。

当該異常検出手段は、インバータ回路を停止した状態で、商用系統からフィルタ回路のコンデンサに無効電流が流れているか否かに基づいて、系統連系用リレーの接点が溶着しているか否かを判定するように構成されている。

特許文献２には、商用系統が正常に運転されている場合に、ＤＣ／ＡＣインバータ回路を停止状態に制御し、系統連系用リレーを開放状態に制御している時、系統連系用リレーを構成する第一の系統連系用リレー、第二の系統連系用リレーについて、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれフォトカプラ等によって検出することで、インバータ回路と商用系統が連系する前に、第一の系統連系用リレーまたは第二の系統連系用リレーが溶着しているか否かを検出し、商用系統が停電した場合に、インバータ回路を作動させて、同様の検出動作を行なう系統連系装置が提案されている。

特開２００８−３５６５５号公報 特開２０１１−１３５７６７号公報

しかし、特許文献１に開示された系統連系装置の異常検出手段では、系統連系時または解列時にインバータを停止して商用系統からフィルタ回路に流れる無効電流の有無を検知する構成であるため、商用系統が停電して自立運転を起動するような場合には、系統連系用リレーの異常を検知することができないという問題があった。

また、特許文献２に開示された系統連系装置では、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれ検出するための別途の回路素子が必要になり部品コストが嵩むという問題があった。

さらには、商用系統の電圧が運用規定の適正範囲内であるか否かのみに基づいて停電検知していたため、ノイズの影響により誤検知する可能性、商用系統の停電時にＤＣ／ＡＣインバータ回路を作動させて系統連系用リレーの異常を検知する場合に、商用系統への負荷の接続状態によっては電圧変動のみでは誤検知するおそれもあった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能なパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出する系統連系用リレー異常検出装置であって、異常検出時の前記パワーコンディショナの出力電圧を設定するとともに、前記系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧を設定する電圧設定処理と、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナの出力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１判定処理と、前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナの出力電圧と商用系統電圧との差分と、前記基準電圧に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えている点にある。

系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、電圧設定処理で設定された出力電圧がパワーコンディショナから出力されると、第１判定処理が実行されてパワーコンディショナの出力電流がチェックされる。このとき商用系統に負荷が接続され且つ接点が導通していると負荷に電流が流れるので、この電流の有無に基づいて接点が溶着されているか否かが判定される。

商用系統に負荷が接続されていない場合には、第１判定処理では接点の溶着判定ができない。そこで、第２判定処理が実行されてパワーコンディショナの出力電圧がチェックされる。このときパワーコンディショナの出力電圧と商用系統電圧が検出されて、それらの差分と電圧設定処理で設定された基準電圧に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係が判定される。例えば、接点が溶着していなければ、停電時には商用系統電圧が０Ｖ、パワーコンディショナの出力電圧が４０Ｖと検知され、信頼係数Ｒ＝０．５（Ｒは、Ｒ＜１の正数）であったとすれば、それらの電圧の差分４０Ｖと比較値２０Ｖ（＝４０×０．５）との大小関係が判定され、接点が溶着していれば、停電時には商用系統電圧が４０Ｖ、パワーコンディショナの出力電圧が４０Ｖと検知され、それらの電圧の差分０Ｖと比較値２０Ｖ（＝４０×０．５）との大小関係が判定され、その結果に基づいて接点が溶着しているか否かが判定される。

そして、パワーコンディショナの出力電圧や出力電流、商用系統電圧を検知するための回路素子は本来パワーコンディショナの制御に必要な回路素子であるので、系統連系用リレーの溶着を判定するために別途のセンサや回路素子を準備する必要もない。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に前記第１判定処理及び第２判定処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に前記第１判定処理及び第２判定処理を実行するように構成されている点にある。

パワーコンディショナの出力が単相であるか３相であるかによって系統連系用リレーの接点数が変動し、また何れの接点が溶着しているかによって上述の第１判定処理及び第２判定処理の結果が異なる。そこで、系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に第１判定処理及び第２判定処理を実行し、溶着していると判定されると全接点が溶着していることが明らかになり、一接点毎に単独で閉成制御する度に第１判定処理及び第２判定処理を実行し、溶着していると判定されると開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記電圧設定処理の前に商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理を実行し、前記商用系統電圧判定処理の結果に基づいて、前記電圧設定処理は前記パワーコンディショナの出力電圧及び前記系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧を異なる値に設定するように構成されている点にある。

商用系統電圧が停電しているときに自立運転に移行するのであるが、一時的に商用系統電圧が低下して程なく復帰する場合もある。そのような場合に商用系統連系用リレーが溶着していると、非同期投入状態に到る等の不都合な事態が生じ、パワーコンディショナが破損するおそれも発生する。そこで、電圧設定処理の前に商用系統電圧判定処理を実行して、その結果に応じてパワーコンディショナの出力電圧及び系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧を異なる値に設定することで、非同期投入や逆充電が回避できるようになる。例えば、商用系統電圧が検知される場合には、パワーコンディショナの出力電圧を０Ｖに、商用系統電圧の値を基準電圧に設定すれば、パワーコンディショナの破損を招くことなく、精度の高い接点の溶着判定が行なえるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記商用系統電圧判定処理は、前記電圧設定処理で設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている点にある。

商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無を判定できるようになる。

本発明によるパワーコンディショナの特徴構成は、同請求項５に記載した通り、系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、上述した第一から第四の何れかの特徴構成を備えた系統連系用リレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれている点にある。

異常検出処理部により系統連系用リレーの接点が溶着していると判定されるような場合に、自立運転を回避して商用系統への逆充電及び非同期投入という不都合な事態の発生を未然に防止できるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーの異常を検知可能な系統連系用リレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供することができるようになる。

パワーコンディショナを含む分散型電源の回路ブロック構成図 異常検出時の系統連系用リレーのオン／オフ動作の説明図 商用系統電圧の判定処理のフローチャート 系統連系用リレーの異常検出方法を示すフローチャート 第１判定処理の説明図

以下、本発明による系統連系用リレーの異常検出装置及びパワーコンディショナを図面に基づいて説明する。

図１には、分散型電源の一例である太陽光発電装置１が示されている。太陽光発電装置１は、太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰが接続されたパワーコンディショナＰＣＳを備えて構成されている。太陽電池パネルＳＰで発電された直流電力は直流遮断器及びサージアブソーバ（図示せず）を介してパワーコンディショナＰＣＳに供給される。

パワーコンディショナＰＣＳは、太陽電池パネルＳＰで発電された直流電圧を所定の直流リンク電圧Ｖ_ｄｃに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、昇圧された直流リンク電圧Ｖ_ｄｃを所定の交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ３と、ＤＣ／ＡＣインバータ３から出力される交流電圧から高調波を除去するＬＣフィルタ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びＤＣ／ＡＣインバータ３を制御する制御装置５等を備えている。

パワーコンディショナＰＣＳで変換された交流電力は、系統連系用リレーＲｙ１を介して商用系統１００と連系して交流負荷Ｒ_ｕｗに給電可能に構成され、停電等によって商用系統１００から解列すると、自立系統用リレーＲｙ２を介して自立負荷Ｒ_ｓｄに給電可能に接続されている。系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳ_ｕ，Ｓ_ｗ、自立系統用リレーＲｙ２の２つの接点がＳ_ｓｄで示されている。

パワーコンディショナＰＣＳの制御装置５は、マイクロコンピュータと、メモリ素子及びＡＤ変換部を含む入出力素子等を備えた周辺回路で構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の昇圧スイッチを制御するコンバータ制御部５ａと、ＤＣ／ＡＣインバータ３のブリッジを構成するスイッチを制御するインバータ制御部５ｂと、系統連系用リレーＲｙ１の異常を検知する異常検出処理部５ｃを備えている。インバータ制御部５ｂは、系統連系用リレーＲｙ１または自立系統用リレーＲｙ２を制御してインバータ４を系統連系運転または自立運転するように構成されている。

コンバータ制御部５ａはＤＣ／ＤＣコンバータ２への入力電圧、入力電流、出力電圧をモニタして、太陽電池パネルＳＰを最大電力点で動作させるＭＰＰＴ制御等を実行しつつ、所定の出力電圧に昇圧制御するように構成されている。

インバータ制御部５ｂは、系統連系運転時に商用系統電圧の位相に同期するようにインバータ３の出力電流を制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に所定電圧の交流電力を給電する電圧制御ブロックと、系統連系運転時に単独運転状態か否かを検出する単独運転検出ブロック等の機能ブロックを備えている。

異常検出処理部５ｃは、自立運転への移行時に系統連系用リレーＲｙ１の異常の有無を検知し、系統連系用リレーＲｙ１に接点溶着異常が発生していることが検知されると、故障を表す警報表示を点灯するとともに、インバータ制御部５ｂによる自立運転制御を停止するように構成され、本発明の異常検出装置として機能する。

ＬＣフィルタ４を構成するインダクタＬの下流側にパワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉ_ｕｗを検知する電流トランスＣＴが設けられ、インタフェース回路６を介して電流信号が制御装置５に入力されている。さらに、自立系統用リレーＲｙ２の上流側にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧ｅ_ｓｄを検知する電圧検知用の分圧回路、系統連系用リレーＲｙ１の下流側に商用系統電圧ｅ_ｕｗを検知する分圧回路がそれぞれ設けられている。各分圧回路の出力は制御装置５のＡＤ変換部に入力され、その値から商用系統周波数ｆ_Ｇｒｉｄ及び自立系統周波数ｆ_ｓｄが得られるように構成されている。

インバータ制御部５ｂは、太陽電池パネルＳＰの発電電力が商用系統との連系が可能な値になると、系統連系用リレーＲｙ１を閉成して系統連系運転し、太陽電池パネルＳＰの発電電力が低下したり単独運転検出ブロックにより単独運転状態であると検出されたりすると、系統連系用リレーＲｙ１を開成して解列する。

インバータ制御部５ｂは、単独運転状態が原因で解列した場合で、太陽電池パネルＳＰの発電電力が自立運転に十分な値である場合は、異常検出処理部５ｃを起動して系統連系用リレーＲｙ１の異常検知を行ない、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定されると自立系統用リレーＲｙ２を閉成して自立運転し、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が異常であると判定されると自立系統用リレーＲｙ２を閉成することなくＤＣ／ＡＣインバータ３を停止するように構成されている。

以下、異常検出処理部５ｃにより実行される系統連系用リレーの異常検出方法について説明する。異常検出処理部５ｃで実行される異常検出処理には、系統連系用リレーＲｙ１の接点を開成または閉成制御する接点制御処理と、商用系統電圧判定処理と、電圧設定処理と、第１判定処理と、第二判定処理が含まれる。

異常検出処理部５ｃは、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗを開成制御した後に接点が溶着しているか否かを判定する後述の第１判定処理及び第２判定処理を実行するとともに、各接点Ｓ_ｕまたはＳ_ｗ毎に閉成制御する度に第１判定処理及び第２判定処理を実行するように構成されている。

系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗを開成制御した後に第１判定処理及び第２判定処理を実行し、その結果、溶着していると判定できると全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗが溶着していることが明らかになる。この時点で正常と判定できる場合には、一接点Ｓ_ｕまたはＳ_ｗ毎に単独で閉成制御する度に第１判定処理及び第２判定処理を実行する。それぞれで溶着していると判定できると、その時に開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。

図２には、この系統連系用リレーＲｙ１に対する制御シーケンスが示されている。異常検出処理部５ｃが起動すると、全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗを開成制御した状態で、接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗに対するチェックである第１及び第２判定処理を行ない、次に接点Ｓ_ｕを閉成制御して接点Ｓ_ｗに対するチェックである第１及び第２判定処理を行ない、さらに接点Ｓ_ｕを開成制御し所定の遅延時間Ｔ_ｄｌｙの後に接点Ｓ_ｗを閉成制御して接点Ｓ_ｕに対するチェックである第１及び第２判定処理を行なう。

本実施形態では、各チェック時間及び遅延時間Ｔ_ｄｌｙがそれぞれ２００ｍｓｅｃ．に設定されている。このような系統連系用リレーＲｙ１に対する開閉制御シーケンスが上述した接点制御処理ステップとなる。

図３には、上述した商用系統電圧判定処理ステップ及び電圧設定処理ステップを実行する系統連系用リレーの溶着判定準備フローが示されている。商用系統電圧判定処理ステップでは、自立運転する必要がある場合に（Ｓ１）、系統連系用リレーＲｙ１の全ての接点が開成制御され（Ｓ２）、商用系統電圧ｅ_ｕｗがチェックされ（Ｓ３）、以下に示す〔数１〕に基づいて商用系統電圧の有無がチェックされる（Ｓ４）。

尚、Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}は自立運転時の出力電圧実効値の指令値、ｘは判定の精度を確保するために０＜ｘ＜１の範囲の値に設定される信頼係数で、本実施形態ではｘ＝０．５に設定されている。また、自立系統周波数ｆ_ｓｄは、商用系統周波数ｆ_Ｇｒｉｄと同じ値に設定されている。

商用系統電圧が少なくとも１周期（商用系統周波数が５０Ｈｚであれば、２０ｍｓｅｃ．）計測されて最大瞬時値の絶対値｜ｅ_ｕｗ｜が求められ、絶対値｜ｅ_ｕｗ｜と、自立運転時の出力電圧実効値の指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}と信頼係数ｘとの積とが比較される。複数周期計測して各周期の最大値の平均を求めてもよい。

さらに、商用系統周波数と、自立系統周波数と信頼係数ｘとの積とが比較される。信頼係数ｘの値は判断の信頼度を担保するための係数で、その値が１に近いほどノイズの影響を受け易くなるが厳しく判定でき、０に近いほどノイズの影響を受け難くなるが緩やかな判定となる。通常は中間の値０．５が好ましく用いられる。

例えば、商用系統電圧｜ｅ_ｕｗ｜が０Ｖで、パワーコンディショナの出力電圧の指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}が４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、〔数１〕は以下のようになる。
｜ｅ_ｕｗ｜＝０ ＜ ０．５×４０＝２０
ｆ_Ｇｒｉｄ ＝０ ＜ ０．５×５０＝２５

例えば、商用系統電圧｜ｅ_ｕｗ｜が１４１Ｖで、パワーコンディショナの出力電圧の指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}が４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、〔数１〕は以下のようになる。
｜ｅ_ｕｗ｜＝１４１ ＞ ０．５×４０＝２０
ｆ_Ｇｒｉｄ ＝５０ ＞ ０．５×５０＝２５

つまり、ステップＳ４では、〔数１〕の２式が共に成立するときに商用系統電圧が有ると判断し、何れも成立しないときに商用系統電圧が無いと判断される。上述のステップＳ３，Ｓ４が、電圧設定処理ステップで設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップとなる。

商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無の判定が可能になる。

商用系統電圧判定処理ステップにより商用系統電圧が有ると判断されると、接点の溶着判断を行なう基準値Ｅ_ｃｈｋが商用系統電圧の実効値Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}に設定され、パワーコンディショナの出力電圧と商用系統電圧との差分の判断を行う遅延時間Ｔ_ｃｈｋが商用系統周波数の逆数に設定される（Ｓ５）。また、商用系統電圧が無いと判断されると、異常検出時のパワーコンディショナ３の出力電圧の指令値が設定されるとともに（Ｓ６）、接点の溶着判断を行なう基準値Ｅ_ｃｈｋが自立運転時の出力電圧の実効値Ｅ_{ｓｄ.ｒｍｓ}に設定され、この時の遅延時間Ｔ_ｃｈｋが自立系統周波数の逆数に設定される（Ｓ７）。つまり、商用系統電圧が有ると判断されるとパワーコンディショナ３は停止されて出力電圧は０Ｖとなる。上述のステップＳ５からステップＳ７が電圧設定処理ステップとなる。

上述した出力電圧の指令値ｅ^＊ _ｓｄは、以下の〔数２〕の通りである。

ここで、Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}は出力電圧の実効値の指令値、θ_ｓｄは出力電圧の位相角度である。Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}＝４０Ｖとの値は、系統連系用リレーに対する異常検出処理時の指令値であり、正常判定後の指令値は、Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}＝１００Ｖとなる。

つまり、電圧設定処理ステップの前に商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップが実行され、商用系統電圧判定処理ステップの結果に基づいて、電圧設定処理ステップではパワーコンディショナの出力電圧及び系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧が異なる値に設定される。

商用系統電圧が停電すると自立運転に移行するのであるが、一時的に商用系統電圧が低下して程なく復帰する場合もある。そのような場合に系統連系用リレーが溶着していると、非同期投入状態に到る等の不都合な事態が生じ、パワーコンディショナが破損するおそれも発生する。

そこで、電圧設定処理の前に商用系統電圧判定処理を実行して、その結果に応じてパワーコンディショナの出力電圧及び系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧を異なる値に設定することで、系統連系用のリレーの異常判定を精度よく行なうことができ、非同期投入や逆充電が回避できるようになる。

例えば、商用系統電圧が検知される場合には、パワーコンディショナの出力電圧を０Ｖに、商用系統電圧の値を基準電圧に設定すれば、パワーコンディショナの破損を招くことなく、精度の高い接点の溶着判定が行なえるようになる。

図４には、系統連系用リレーの溶着判定フローが示されている。自立運転が起動されると（Ｓ１１）、上述の接点制御処理ステップが実行されて（Ｓ１２）、系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナの出力電流の有無に基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なう第１判定処理と（Ｓ１３，Ｓ１７）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナの出力電圧と商用系統電圧との差分と、基準電圧に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて系統連系用リレーの異常判定を行なう第２判定処理と（Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７）が実行され、全接点について第１判定処理と第２判定処理が終了するまで、接点制御処理ステップＳ１２が繰り返される（Ｓ１８）。

系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、電圧設定処理で設定された出力電圧がパワーコンディショナから出力されると、第１判定処理が実行されてパワーコンディショナの出力電流がチェックされる。このとき商用系統に負荷Ｒ_ｕｗ（図１参照）が接続され且つ接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗが導通していると負荷Ｒ_ｕｗに電流が流れるので、この電流の有無に基づいて接点が溶着されているか否かが判定される。尚、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態とは、上述した接点制御処理ステップに対応して、全接点が開成制御された状態、及び、何れか一つの接点が閉成制御され、他の接点が開成制御された状態の何れかを意味する。

図５に示すように、具体的には、所定のサンプリング周期Ｔ_ｓで計測したパワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉ_ｕｗが少なくとも３回連続して閾値Ｉ_{ｕｗ.ｃｈｋ}以上であり、且つ、計測する度にその値が大きくなるというという条件が成立する場合に（Ｓ１３，ＮＧ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断して、メモリ素子に設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ１７）。エラーフラグがセットされると、パワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示が点灯されるように構成されている。本実施形態では、自立運転時の供給電力１．５Ｋｗを基準に、閾値Ｉ_{ｕｗ.ｃｈｋ}＝１５Ａ、サンプリング周期Ｔ_ｓ＝５０μｓｅｃ．（ＤＣ／ＡＣインバータのスイッチング周期に相当）に設定されている。

ステップＳ１３で、パワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉ_ｕｗが少なくとも３回連続して閾値Ｉ_{ｕｗ.ｃｈｋ}以上であり、計測する度にその値が大きくなるというという条件が成立しない状態が所定時間（例えば数サイクル）継続すると、負荷Ｒ_ｕｗが接続されていないために電流が検知できないと判定して、所定の遅延時間の後（Ｓ１４）、第２判定処理が実行される。

第２判定処理では、遅延時間の間にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧と商用系統電圧の実効値が計測されて、それらの差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜と、電圧設定処理ステップで設定された基準電圧Ｅ_ｃｈｋに所定の信頼係数ｘを掛けた値との大小関係が判定される（Ｓ１５）。

例えば、接点が溶着していなければ、商用系統の停電時には商用系統電圧が０Ｖ、パワーコンディショナの出力電圧が４０Ｖと検知されるので、信頼係数Ｒ＝０．５（Ｒは、Ｒ＜１の正数）とすれば、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝４０Ｖに対して比較値２０Ｖ（＝４０×０．５）が小さくなるが、接点が溶着していれば、商用系統電圧が４０Ｖ、パワーコンディショナの出力電圧が４０Ｖと検知され、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝０Ｖに対して比較値２０Ｖ（＝４０×０．５）が大きくなる。

例えば、接点が溶着していなければ、商用系統電圧が１００Ｖ、パワーコンディショナの出力電圧が０Ｖと検知されるので、信頼係数Ｒ＝０．５（Ｒは、Ｒ＜１の正数）とすれば、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝１００Ｖに対して比較値５０Ｖ（＝１００×０．５）が小さくなるが、接点が溶着していれば、商用系統電圧が１００Ｖ、パワーコンディショナの出力電圧が１００Ｖと検知され、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝０Ｖに対して比較値５０Ｖ（＝１００×０．５）が大きくなる。

ステップＳ１５で、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｘを掛けた値の方が大きいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判定して、メモリ素子に設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットし（Ｓ１７）、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｘを掛けた値の方が小さいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定して、メモリ素子に設定されたエラーフラグ記憶領域のフラグをリセットする（Ｓ１６）。

遅延時間Ｔ_ｃｈｋが商用系統周波数，あるいは，自立系統周波数の３周期（ｎ＝３）に設定され、少なくとも３周期の間のサンプリング値に基づいて実効値が算出されるように構成されているが、遅延時間Ｔ_ｃｈｋは複数周期に設定されていればよく、３周期に限るものではない。

パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧や出力電流、商用系統電圧を検知するための回路素子は本来パワーコンディショナＰＣＳの制御に必要な回路素子であるので、系統連系用リレーＲｙ２の溶着を判定するために別途のセンサや回路素子を準備する必要はない。

本発明による系統連系用リレーの異常検出方法では、交流負荷Ｒ_ｕｗが接続されているか否かに関わらず、また商用系統電圧の有無に関わらず、確実に系統連系用リレーの接点が溶着異常であるか否かが検出できるようになる。

以上説明した実施形態では、パワーコンディショナＰＣＳの出力が単相である場合を例に本発明を説明したが、本発明はパワーコンディショナＰＣＳの出力が３相であり、系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳ_ｕ，Ｓ_ｖ，Ｓ_ｗの３接点で構成される場合も適用可能である。

以上の実施形態は、本発明による系統連系用リレーの異常検出方法及びパワーコンディショナの一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される限り、具体的な制御アルゴリズムは適宜変更設計可能なことは言うまでもない。

１：分散型電源
２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３：ＤＣ／ＡＣインバータ
４：ＬＣフィルタ
５：制御装置
５ａ：コンバータ制御部
５ｂ：インバータ制御部
５ｃ：異常検出処理部
ＰＣＳ：パワーコンディショナ
Ｒｙ１：系統連系用リレー
Ｒｙ２：自立系統用リレー
Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗ：接点

Claims (5)

1. 系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能なパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出する系統連系用リレー異常検出装置であって、
   異常検出時の前記パワーコンディショナの出力電圧を設定するとともに、前記系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧を設定する電圧設定処理と、
   前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナの出力電流の有無に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第１判定処理と、
   前記系統連系用リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナの出力電圧と商用系統電圧との差分と、前記基準電圧に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記系統連系用リレーの異常判定を行なう第２判定処理と、
   を実行する異常検出処理部を備えている系統連系用リレーの異常検出装置。
2. 前記異常検出処理部は、前記系統連系用リレーの全接点を開成制御した後に前記第１判定処理及び第２判定処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に前記第１判定処理及び第２判定処理を実行するように構成されている請求項１記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
3. 前記異常検出処理部は、前記電圧設定処理の前に商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理を実行し、前記商用系統電圧判定処理の結果に基づいて、前記電圧設定処理は前記パワーコンディショナの出力電圧及び前記系統連系用リレーの異常判定のための基準電圧を異なる値に設定するように構成されている請求項１または２記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
4. 前記商用系統電圧判定処理は、前記電圧設定処理で設定されたパワーコンディショナの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている請求項３記載の系統連系用リレーの異常検出装置。
5. 系統連系用リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、
   請求項１から４の何れかに記載の系統連系用リレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれているパワーコンディショナ。

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