JP2016127683A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】独運転検出部が正常に動作しているか否かを判断し、単独運転を確実に防止す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】分散型電源である太陽電池アレイ４０から供給される電力を交流電力に変換して電力系統５０に供給する変換器１１と、変換器１１を制御する変換器制御部１２と、変換器１１の出力を監視し、変換器１１の単独運転を検出する単独運転検出部３１とを具備し、単独運転検出部３１は、変換器制御部１２に対してモジュール確認信号を定期的且つ一方的に出力し、変換器制御部１２は、モジュール確認信号が定期的に入力されなくなると、変換器１１を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池や蓄電池等の分散型電源から供給される電力を交流電力に変換して電力系統へ供給する電力系統に連系可能なパワーコンディショナに関する。

電力系統に連系可能なパワーコンディショナは、単独運転が検出された時には運転を確実に停止させることが求められている。そこで、単独運転の検出を、パワコン制御装置と別体の単独運転検出部で行い、単独運転を検出すると単独運転検出部からパワコン制御装置に停止指示を送信する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１において、単独運転検出部は、パワーコンディショナから出力される電流を変動させることを要求する要求信号をパワコン制御装置に送信すると共に、この要求信号に基づく応答信号をパワコン制御装置から受信し、要求信号を送信してから予め定められた第１期間内に応答信号を受信しない場合に、パワーコンディショナを停止させる停止信号をパワコン制御装置に送信する。

特開２０１４−１８０１５３号公報

しかしながら、従来技術では、単独運転検出部の故障について何ら考慮されておらず、単独運転検出部が故障してしまった場合には、単独運転を検出できず、パワーコンディショナの運転が継続されてしまうという問題点があった。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、単独運転検出部が正常に動作しているか否かを判断し、単独運転を確実に防止す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。

本発明に係るパワーコンディショナは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明のパワーコンディショナは、分散型電源から供給される電力を交流電力に変換して電力系統に供給する変換器と、前記変換器を制御する変換器制御部と、前記変換器の出力を監視し、前記変換器の単独運転を検出する単独運転検出部とを具備し、前記単独運転検出部は、前記変換器制御部に対してモジュール確認信号を定期的且つ一方的に出力し、前記変換器制御部は、前記モジュール確認信号が定期的に入力されなくなると、前記変換器を停止させることを特徴とする。
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、前記単独運転検出部は、能動方式で単独運転を検出する能動検出部を具備し、前記モジュール確認信号は、前記能動検出部から出力される単独運転を検出するための電流位相シフト量を示す電流変動信号であることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、前記モジュール確認信号は、前記能動検出部から出力される単独運転の検出の有無を通知する能動検出信号であっても良い。
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、前記単独運転検出部は、受動方式で単独運転を検出する受動検出部を具備し、前記モジュール確認信号は、前記受動検出部から出力される単独運転の検出の有無を通知する受動検出信号であっても良い。
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、前記単独運転検出部は、前記変換器及び前記変換器制御部が実装された第１の基板とは異なる第２の基板に実装され、前記第１の基板と前記第２の基板とは、コネクタを介して接続されていても良い。

本発明によれば、単独運転検出部が正常に動作しているか否かを判断し、単独運転検出部に異常が発生した場合には、変換器を停止させることができるため、単独運転を確実に防止することができるという効果を奏する。

本発明に係るパワーコンディショナの実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。 図１に示す変換器制御部及び単独運転検出部の機能ブロックを示すブロック図である。 図１に示す変換器制御部のモジュール異常検出動作を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。

本実施の形態のパワーコンディショナ１は、図１を参照すると、分散型電源である太陽電池アレイ４０から供給される電力を交流電力に変換して電力系統５０へ供給する電力変換装置である。なお、太陽電池アレイ４０の代わりに、燃料電池、風力発電装置、各種発電装置、各種蓄電装置等を分散型電源として用いることができる。

パワーコンディショナ１は、変換器１１と、変換器制御部１２と、出力回路１３と、操作部１４と、運転状況出力端子１５と、系統異常出力端子１６と、変換異常出力端子１７と、モジュール異常出力端子１８と、電圧センサ２０と、電流センサ２１とが第１の基板１０に実装された本体部２を備えていると共に、第２の基板３０に単独運転検出部３１が実装された単独運転検出モジュール３を備えている。第１の基板１０と、第２の基板３０とは、プリント基板等で構成され、離接可能なボード・ツー・ボードコネクタ等のコネクタを用いて互いが接続されている。従って、単独運転検出モジュール３は、本体部２から取り外して交換可能な構成になっている。

変換器１１は、太陽電池アレイ４０からからの電圧を昇圧する昇圧回路と、ブリッジ接続された複数の半導体スイッチで構成され、昇圧回路から出力された直流電圧交流電力に変換するインバータ回路とを備え、太陽電池アレイ４０から供給される電力を、電力系統５０と連系可能な交流電力に変換して電力系統５０に出力する。また、変換器１１は、太陽電池アレイ４０の出力電圧を検出する電圧センサと、昇圧回路の出力電圧を検出する電圧センサと、太陽電池アレイ４０の出力電流を検出する電流センサと、昇圧回路の出力電流を検出する電流センサとを備え、検出された出力電圧及び出力電流を変換器制御部１２に出力する。

電圧センサ２０は、変換器１１の出力電圧を検出し、検出した出力電圧を変換器制御部１２及び単独運転検出部３１にそれぞれ出力する。電流センサ２１は、変換器１１の出力電流を検出し、検出した出力電流を変換器制御部１２及び単独運転検出部３１にそれぞれ出力する。

変換器制御部１２は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたマイコン等の情報処理部である。変換器制御部１２のメモリにはパワーコンディショナ１の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。この制御プログラムの実行によって、変換器制御部１２は、変換器１１及び電圧センサ２０で検出される出力電圧と、変換器１１及び電流センサ２１で検出される出力電流に基づいて、変換器１１（昇圧回路、インバータ回路）を制御し、太陽電池アレイ４０から出力される直流電力を昇圧させると共に、直流電力を交流電力に変換させ、電力系統
５０側に出力させる。

また、変換器制御部１２は、変換器１１の運転（動作）時には、出力回路１３を介して運転状況出力端子１５の両端間スイッチをオフさせると共に、変換器１１の停止時には、出力回路１３を介して運転状況出力端子１５の両端間スイッチをオンさせる。これにより、パワーコンディショナ１の運転状況（運転／停止）が外部に報知される。さらに、変換異常出力端子１７の両端間スイッチは通常時オフであり、変換器制御部１２は、変換器１１に異常を検出すると、出力回路１３を介して変換異常出力端子１７の両端間スイッチをオンさせる。これにより、変換器１１の異常が外部に報知される。

単独運転検出部３１は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたマイコン等の情報処理部である。単独運転検出部３１のメモリには単独運転の検出を行うための制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。この制御プログラムの実行によって、単独運転検出部３１は、変換器制御部１２とは独立に動作する。単独運転検出部３１は、電圧センサ２０で検出される出力電圧と、電流センサ２１で検出される出力電流に基づいて、電力系統５０に不具合が生じ送電が停止された場合に単独運転を検出する。

図２を参照すると、単独運転検出部３１は、制御プログラムの実行によって、受動方式である周波数変化率方式や電圧位相跳躍検出方式で単独運転を検出する受動検出部３２と、能動方式である周波数シフト方式や無効電力変動方式で単独運転を検出する能動検出部３３として機能する。

受動検出部３２は、単独運転の検出の有無を通知する受動検出信号を変換器制御部１２に出力する。受動検出部３２は、受動検出信号を定期的、すなわち予め設定された時間Ｔａ毎に出力する。受動検出部３２による受動検出信号の出力は、一方的、すなわち変換器制御部１２とは独立して行われる。

能動検出部３３は、電流位相シフト量を示す電流変動信号を変換器制御部１２に出力すると共に、単独運転の検出の有無を通知する能動検出信号を変換器制御部１２に出力する。能動検出部３３は、電流変動信号及び能動検出信号を定期的、すなわち予め設定された時間Ｔ０毎に変換器制御部１２に出力する。能動検出部３３による電流変動信号及び能動検出信号の出力は、一方的、すなわち変換器制御部１２とは独立して行われる。

変換器制御部１２は、制御プログラムの実行によって、単独運転の検出時（受動検出信号、能動検出信号で検出有りを通知された時や、操作部１４からの停止操作時）に変換器１１の動作を停止させる保護停止判定処理部１２１と、能動検出部３３から入力される電流変動信号に基づいて、変換器１１の出力電流の位相をシフトさせる変換器電流制御部１２２として機能する。また、系統異常出力端子１６の両端間スイッチは通常時オフであり、保護停止判定処理部１２１は、単独運転の検出時（受動検出信号、能動検出信号で検出有りを通知された時）に、出力回路１３を介して系統異常出力端子１６の両端間スイッチをオンさせる。これにより、電力系統５０の異常が外部に報知される。

また、変換器電流制御部１２２は、単独運転検出モジュール３の異常を検出するモジュール異常検出動作を実行する。変換器電流制御部１２２は、タイマーによる計時機能を有している。そして、変換器電流制御部１２２は、図３に示すように、能動検出部３３から定期的かつ一方的に入力される電流変動信号の入力タイミングを監視すると共に（ステップＡ１）、タイマーのカウントｔが予め設定されている閾値Ｔに到達するか否かを判断する（ステップＡ２）。そして、ステップＡ１で電流変動信号が入力されるとタイマーのカウントｔをリセットし（ステップＡ３）、タイマーのカウントｔを新たに開始して（ステップＡ４）。ステップＡ１に戻る。

ステップＡ２でタイマーのカウントｔが予め設定されている閾値Ｔ１に到達すると、変換器電流制御部１２２は、能動検出部３３からの電流変動信号の入力が確認できないと判定し、単独運転検出モジュール３の異常を通知するモジュール異常検出信号を保護停止判定処理部１２１に出力し（ステップＡ５）、モジュール異常検出動作を終了させる。なお、閾値Ｔ１は、電流変動信号が出力される間隔（時間Ｔ０）よりも長く設定されている。

電流変動信号は、単独運転検出モジュール３が正常に機能しているか否かを確認するためのモジュール確認信号として機能する。すなわち、変換器電流制御部１２２は、変換器電流制御部１２２から定期的且つ一方的に出力される電流変動信号が入力されている際には、単独運転検出モジュール３が正常に機能していると判断し、電流変動信号が定期的に入力されなくなると単独運転検出モジュール３に異常が発生したと判断して変換器１１を停止させる。

保護停止判定処理部１２１は、モジュール異常検出信号が入力されると、変換器１１の動作を停止させる。また、モジュール異常出力端子１８の両端間スイッチは通常時オフであり、保護停止判定処理部１２１は、モジュール異常検出信号が入力されると、出力回路１３を介してモジュール異常出力端子１８の両端間スイッチをオンさせる。これにより、単独運転検出モジュール３の異常が外部に報知される。

なお、本実施の形態では、電流変動信号をモジュール確認信号として用いた例を示したが、受動検出部３２から変換器制御部１２に対して、定期的、且つ一方的に出力される受動検出信号や、能動検出部３３から変換器制御部１２に対して、定期的、且つ一方的に出力される能動検出信号をモジュール確認信号として用いることもできる。この場合には、閾値Ｔ１を、受動検出信号が出力される間隔（時間Ｔａ）や、能動検出信号が出力される間隔（時間Ｔｂ）よりも長く設定すると良い。なお、時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔ０は同じでもよい。また、モジュール確認信号として電流変動信号と、受動検出信号と、能動検出信号との全てを用いても良い。さらに、モジュール確認信号として電流変動信号と、受動検出信号と、能動検出信号との任意の組み合わせを用いても良い。

以上説明したように、本実施の形態は、分散型電源である太陽電池アレイ４０から供給される電力を交流電力に変換して電力系統５０に供給する変換器１１と、変換器１１を制御する変換器制御部１２と、変換器１１の出力を監視し、変換器１１の単独運転を検出する単独運転検出部３１とを具備し、単独運転検出部３１は、変換器制御部１２に対してモジュール確認信号を定期的且つ一方的に出力し、変換器制御部１２は、モジュール確認信号が定期的に入力されなくなると、変換器１１を停止させる。
この構成により、単独運転検出部３１が正常に動作しているか否かを判断し、単独運転検出部３１に異常が発生した場合には、変換器１１を停止させることができるため、単独運転を確実に防止することができる。

さらに、本実施の形態において、単独運転検出部３１は、能動方式で単独運転を検出する能動検出部３３を具備し、モジュール確認信号は、能動検出部３３から出力される単独運転を検出するための電流位相シフト量を示す電流変動信号である。
この構成により、モジュール確認信号として新規の信号を生成することなく、能動方式で単独運転を検出するための電流変動信号を用いて、単独運転検出部３１が正常に動作しているか否かを判断することができる。

さらに、本実施の形態において、単独運転検出部３１は、能動方式で単独運転を検出する能動検出部３３を具備し、モジュール確認信号は、能動検出部３３から出力される単独運転の検出の有無を通知する能動検出信号であっても良い。
この構成により、モジュール確認信号として新規の信号を生成することなく、能動方式で単独運転の検出の有無を通知する能動検出信号を用いて、単独運転検出部３１が正常に動作しているか否かを判断することができる。

さらに、本実施の形態において、単独運転検出部３１は、受動方式で単独運転を検出する受動検出部３２を具備し、モジュール確認信号は、受動検出部３２から出力される単独運転の検出の有無を通知する受動検出信号であっても良い。
この構成により、モジュール確認信号として新規の信号を生成することなく、受動方式で単独運転の検出の有無を通知する受動検出信号を用いて、単独運転検出部３１が正常に動作しているか否かを判断することができる。

さらに、本実施の形態において、単独運転検出部３１は、変換器１１及び変換器制御部１２が実装された第１の基板１０とは異なる第２の基板３０に実装され、第１の基板１０と第２の基板３０とは、コネクタを介して接続されている。
この構成により、単独運転検出部３１をモジュール化することができ、単独運転検出部３１の異常時には簡単に交換することができる。また、本体部２に対し，複数の異なる単独運転検出モジュール３を準備することで、同一機種の本体部２に対して任意の電流変化を容易にさせることができる。さらに、複数の異なる本体部２に対し、共通の単独運転検出モジュール３を準備することで機種に依存せず同一の電流変化を容易にさせることができる。

以上の実施の形態で説明された構成、形状、大きさ及び配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値及び各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１ パワーコンディショナ
２ 本体部
３ 単独運転検出モジュール
１０ 第１の基板
１１ 変換器
１２ 変換器制御部
１３ 出力回路
１４ 操作部
１５ 運転状況出力端子
１６ 系統異常出力端子
１７ 変換異常出力端子
１８ モジュール異常出力端子
２０ 電圧センサ
２１ 電流センサ
３０ 第２の基板
３１ 単独運転検出部
３２ 受動検出部
３３ 能動検出部
４０ 太陽電池アレイ
５０ 電力系統
１２１ 保護停止判定処理部
１２２ 変換器電流制御部

Claims (5)

1. 分散型電源から供給される電力を交流電力に変換して電力系統に供給する変換器と、
   前記変換器を制御する変換器制御部と、
   前記変換器の出力を監視し、前記変換器の単独運転を検出する単独運転検出部とを具備し、
   前記単独運転検出部は、前記変換器制御部に対してモジュール確認信号を定期的且つ一方的に出力し、
   前記変換器制御部は、前記モジュール確認信号が定期的に入力されなくなると、前記変換器を停止させることを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記単独運転検出部は、能動方式で単独運転を検出する能動検出部を具備し、
   前記モジュール確認信号は、前記能動検出部から出力される単独運転を検出するための電流位相シフト量を示す電流変動信号であることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
3. 前記単独運転検出部は、能動方式で単独運転を検出する能動検出部を具備し、
   前記モジュール確認信号は、前記能動検出部から出力される単独運転の検出の有無を通知する能動検出信号であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーコンディショナ。
4. 前記単独運転検出部は、受動方式で単独運転を検出する受動検出部を具備し、
   前記モジュール確認信号は、前記受動検出部から出力される単独運転の検出の有無を通知する受動検出信号であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパワーコンディショナ。
5. 前記単独運転検出部は、前記変換器及び前記変換器制御部が実装された第１の基板とは異なる第２の基板に実装され、前記第１の基板と前記第２の基板とは、コネクタを介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパワーコンディショナ。

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