JP2017212838A - 自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置、及びその起動制御方法 - Google Patents

自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置、及びその起動制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置において、突入電流防止回路を設けることなく、装置の起動時における、インバータと商用電力系統との間に設けられたコンデンサへの突入電流を抑制する。【解決手段】蓄電ハイブリッド発電システム１の起動後に、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の振幅を段階的に増加させて、検出された商用系統電圧ｅｕｗの振幅に合わせてから、インバータ５を商用電力系統３に接続して、系統連系運転を開始する。これにより、装置の起動時に、インバータ５と商用電力系統３との間に設けられたコンデンサＣｆに印加される電圧が、０Ｖから商用系統電圧ｅｕｗに急増することを防ぐ。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電ハイブリッド発電システムに適用可能な、自立運転機能を有する系統連
系用電力変換装置、及びその起動制御方法に関する。
近年、太陽電池からの自然エネルギーを活用するために、太陽光発電システムと電力貯
蔵装置を組み合わせた蓄電ハイブリッド発電システムが、世界中に普及している。このよ
うな蓄電ハイブリッド発電システムの分野において、商用系統と連系する機能と、停電時
に自立系統に給電する機能の二つの機能を一台の電力変換装置に搭載する要望が高まって
いる。
上記の蓄電ハイブリッド発電システムは、太陽電池から発電した直流電力を最適な出力
電力に変換するための最大電力点追従制御(以下、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅ
ｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御という)を行い、太陽電池からの出力電力が最
大（最適）になるように、太陽電池からの入力電圧を調整する。つまり、蓄電ハイブリッ
ド発電システムは、太陽電池からの入力電圧を所定の電圧まで昇降圧して、直流出力電圧
（直流バス電圧Ｖｄｃ）をある一定の範囲内で上下させるＤＣ／ＤＣコンバータと、太陽
電池からの自然エネルギーを活用するために、太陽電池から出力された電力を貯蔵する電
力貯蔵装置と、電力貯蔵装置に対して、指示電力の通りに充放電電力制御を行う双方向Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータと、これらのＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を交流電
力に変換するインバータとを備えている。
上記のインバータは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチ
ング素子を備えており、これらのスイッチング素子は、蓄電ハイブリッド発電システムの
制御部から送られるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号でス
イッチングされる。このＰＷＭ信号のキャリアを除去するために、上記の蓄電ハイブリッ
ド発電システムは、インバータと商用電力系統との間に、高周波成分除去用のＬＣフィル
タを備えている。
上記の蓄電ハイブリッド発電システムでは、装置の起動時に、インバータが商用電力系
統に接続されると、上記のＬＣフィルタのコンデンサに印加される電圧が、０Ｖから商用
系統電圧に急増するため、上記のコンデンサに突入電流が流れ、系統連系用リレーの接点
が溶着する可能性があり、蓄電ハイブリッド発電システム内の他の回路素子（例えば、イ
ンバータのスイッチング素子）が破壊する可能性もあると考える。
そこで、上記のコンデンサへの突入電流を抑制するために、特許文献１に記載されたよ
うに、スイッチと抵抗の並列回路で構成される突入電流防止回路を、上記のコンデンサに
直列に接続すると共に、この突入電流防止回路内のスイッチの故障を検出するようにした
電力変換装置が知られている。
また、この種の電力変換装置において、特許文献２に記載されたように、自立系統用リ
レー（第２開閉器１６）に開状態にするための制御信号を出力した上で、インバータ（電
力変換部１３）からテスト用電圧Ｖ３を出力して、この時に、自立側電圧検出部で検出さ
れる自立運転用端子の電圧値に基づいて、自立系統用リレーの接点の溶着（第２開閉器１
６の内部端子間の溶着）を検出するようにしたものが知られている。
特開２０１５−２７１４６号公報 特開２０１４−６４４１５号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の電力変換装置では、スイッチ
と抵抗の並列回路等で構成される突入電流防止回路を新たに追加する必要があるため、電
力変換装置の製造コストが高くなってしまう。また、上記特許文献２に記載された電力変
換装置では、自立系統用リレーの接点の溶着を検出することはできるが、上記の（インバ
ータと商用電力系統との間に設けられた）ＬＣフィルタのコンデンサへの突入電流を抑制
することはできない。
本発明は、上記課題を解決するものであり、突入電流防止回路を設けることなく、装置
の起動時における、インバータと商用電力系統との間に設けられたコンデンサへの突入電
流を抑制することが可能な、自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置、及びその起
動制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様による自立運転機能を有する系統連系用電
力変換装置は、分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であ
って、前記分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との
少なくとも一方から入力された電力に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと
、前記インバータと前記商用電力系統との間に接続されたコンデンサと、前記商用電力系
統の電圧である商用系統電圧の振幅を検出する商用電圧振幅検出手段と、前記インバータ
からの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させて、前記商用電圧振幅検出手段
で検出された商用系統電圧の振幅に合わせる振幅調整手段と、装置の起動後に、前記振幅
調整手段によって、前記インバータからの出力電圧の振幅を、前記商用電圧振幅検出手段
で検出された商用系統電圧の振幅に合わせてから、前記インバータを前記商用電力系統に
接続して、系統連系運転を開始するように制御する起動制御手段とを、備える。
この系統連系用電力変換装置において、前記商用系統電圧の位相角を検出する商用電圧
位相角検出手段と、前記インバータからの出力電圧の位相角と、前記商用電圧位相角検出
手段によって検出された商用系統電圧の位相角との位相差が、所定の範囲内の値になるよ
うに、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整する位相角調整手段とをさらに備え
、前記起動制御手段は、装置の起動後に、前記位相角調整手段によって、前記位相差が、
所定の範囲内の値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整してから
、前記インバータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するように制御す
ることが望ましい。
この系統連系用電力変換装置において、前記位相角調整手段は、前記位相差が、特定の
値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整し、前記分散型電源の前
記商用電力系統への連系状態と解列状態とを切り替えるための系統連系用スイッチと、前
記インバータからの出力電圧の位相角を検出する出力電圧位相角検出手段と、前記系統連
系運転を開始する前に、前記系統連系用スイッチを前記連系状態に切り替えた時における
、前記出力電圧位相角検出手段によって検出された位相角と、前記商用電圧位相角検出手
段によって検出された位相角との差である検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッ
チの断線を検知し、前記系統連系用スイッチを前記解列状態に切り替えた時における前記
検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの溶着を検知する断線溶着検知手段とを
さらに備えることが望ましい。
この系統連系用電力変換装置において、前記起動制御手段は、装置の起動直後に、自立
運転制御を行い、この自立運転制御時に、前記インバータからの出力電圧の振幅を、前記
振幅調整手段により、前記商用電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わ
せてもよい。
この系統連系用電力変換装置において、前記振幅調整手段は、前記インバータからの出
力電圧の振幅を、自立運転時に装置から出力される自立系統電圧の振幅、又は０から、段
階的に増加させて、前記商用電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせ
ることが望ましい。
この系統連系用電力変換装置において、前記商用電圧位相角検出手段及び前記出力電圧
位相角検出手段は、ＰＬＬ回路であることが望ましい。
本発明の他の態様による自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法
は、分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との少なく
とも一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換するインバータと、前
記インバータと前記商用電力系統との間に接続されたコンデンサとを備えた、自立運転機
能を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法であって、前記系統連系用電力変換装
置の起動後に、前記インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させ
て、商用系統電圧の振幅に合わせるステップと、前記インバータを前記商用電力系統に接
続して、系統連系運転を開始するステップとを備える。
本発明によれば、装置の起動後に、インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から
段階的に増加させて、検出された商用系統電圧の振幅に合わせてから、インバータを商用
電力系統に接続し、系統連系運転を開始するようにした。これにより、装置の起動時に、
インバータと商用電力系統との間に設けられたコンデンサに印加される電圧が、０Ｖから
商用系統電圧に急増することを防ぐことができるので、突入電流防止回路を設けることな
く、装置の起動時における、インバータと商用電力系統との間に設けられたコンデンサへ
の突入電流を抑制することができる。
本発明の一実施形態の蓄電ハイブリッド発電システムの概略のシステム構成図。 上記発電システムのＤＣ/ＡＣインバータ制御の概略を示すブロック図。 上記発電システムの起動時の自立運転制御時に行われる、インバータからの出力電圧の振幅の調整制御を示すブロック図。 （ａ）は、図１中のＰＬＬ回路の概略の構成図、（ｂ）は、ＰＬＬ回路の制御を示すブロック図。 上記発電システムの起動時の制御処理のフローチャート。 上記発電システムの系統連系用リレーの断線・溶着検知処理における、系統連系用リレーのオン・オフの切替処理を示す図。 上記発電システムにおいて、系統連系用リレーを溶着させて、起動時の実験を行った結果を示すグラフ。 本発明の変形例１の蓄電ハイブリッド発電システムにおける、起動時の制御処理のフローチャート。
以下、本発明を具体化した実施形態による系統連系用電力変換装置、及びその起動制御
方法について、図面を参照して説明する。本実施形態では、請求項における系統連系用電
力変換装置が、蓄電ハイブリッド発電システムである場合の例について、説明する。図１
は、本実施形態による蓄電ハイブリッド発電システム１の構成を示す。
蓄電ハイブリッド発電システム１は、いわゆるパワーコンディショナを、分散型電源で
ある太陽電池２ａ、及び太陽電池２ａから出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置２ｂと
組み合わせたものであり、太陽電池２ａを商用電力系統３に連系させることが可能である
。この蓄電ハイブリッド発電システム１は、停電時において、特定負荷装置Rloadに交流
電力を供給するための自立運転機能を備える。蓄電ハイブリッド発電システム１は、太陽
電池２ａで発電された直流電力を最適な出力電力に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ
４ａと、自然エネルギーを最大限に活用するために、電力貯蔵装置２ｂに対して指示電力
の通りに充放電できる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂと、これらのＤＣ／ＤＣコンバー
タ４ａ，４ｂからの直流出力電力（すなわち、太陽電池２ａと電力貯蔵装置２ｂの少なく
とも一方から入力された電力に基づく直流電力）を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバ
ータ５（以下、「インバータ５」と略す）を備えている。また、蓄電ハイブリッド発電シ
ステム１は、直流バス電圧平滑化用の電解コンデンサＣｄｃ、ＬＣフィルタ６、制御回路
７、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗ（請求項における系統連系用スイッチ）、及び自立系統
用リレーＳｓｔｄも備えている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａは、太陽電池２ａの最大電力点追従制御(以下、ＭＰＰＴ（
Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御という)を行い、太
陽電池からの出力電力が最大（最適）になるように、太陽電池からの入力電圧を調整する
。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａは、太陽電池からの入力電圧を所定の電圧まで昇降
圧して、直流出力電圧（直流バス電圧Ｖｄｃ）をある一定の範囲内で上下させる。双方向
ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂは、自然エネルギーを最大限に活用するための電力貯蔵装置２
ｂに指示電力の通りに充放電電力制御を行う。つまり、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂ
は、太陽電池２ａから供給された電力のうちの余剰電力の量や、買電電力量などの情報に
基づき、電力貯蔵装置２ｂに対して充放電電力制御を行う。その後、蓄電ハイブリッド発
電システム１は、インバータ５を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａと双方向ＤＣ／ＤＣ
コンバータ４ｂからの直流出力電力を、交流電力に変換する。なお、蓄電ハイブリッド発
電システム１では、自立運転制御時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａが、常に最大電力点
追従制御を行って、太陽電池からの出力（発電）電力が常に最大になるようにし、電力貯
蔵装置２ｂが、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂを介して、直流バス電圧Ｖｄｃの一定制
御を行う。
インバータ５は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）から構成されるス
イッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を備えており、これらのスイッチング素子は、蓄電ハイブ
リッド発電システムの制御部から送られるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）信号でスイッチングされる。
ＬＣフィルタ６は、各電源ラインに直列に接続された２つのリアクトルＬｆと、電源ラ
イン間に接続されたコンデンサＣｆとから構成され、インバータ５から出力される交流電
圧から、高調波成分（主に、ＰＷＭ信号のキャリア周波数）を除去する。ＬＣフィルタ６
におけるコンデンサＣｆが、請求項における「前記インバータと前記商用電力系統との間
に接続されたコンデンサ」に相当する。
制御回路７は、いわゆるマイコンを用いて構成されており、商用電圧振幅検出回路１１
、振幅調整回路１２、起動制御回路１３、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ
）回路（同期回路）１４、位相角調整回路１５、断線溶着検知回路１６、自立電圧振幅検
出回路１７等の回路を含んでいる。これらの回路１１〜１７は、マイコンが有する基本的
な機能ブロックを用いて作成した回路である。商用電圧振幅検出回路１１、振幅調整回路
１２、起動制御回路１３、位相角調整回路１５、断線溶着検知回路１６は、それぞれ、請
求項における商用電圧振幅検出手段、振幅調整手段、起動制御手段、位相角調整手段、断
線溶着検知手段に相当する。また、図４（ａ）（ｂ）の説明で詳述するが、ＰＬＬ回路１
４は、自立系統電圧の位相角検出用のＰＬＬ回路１４ａ（請求項における出力電圧位相角
検出手段）と、商用系統電圧の位相角検出用のＰＬＬ回路１４ｂ（請求項における商用電
圧位相角検出手段）と、を含んでいる。
商用電圧振幅検出回路１１は、商用系統電圧ｅｕｗの振幅を検出する。振幅調整回路１
２は、インバータ５からの出力電圧の振幅を、自立系統電圧ｅｓｄの振幅から段階的に増
加させて、商用電圧振幅検出回路１１で検出された商用系統電圧ｅｕｗの振幅に合わせる
。起動制御回路１３は、蓄電ハイブリッド発電システム１の装置の起動後に、振幅調整回
路１２によって、インバータ５からの出力電圧の振幅を、商用系統電圧の振幅検出回路１
１で検出された商用系統電圧ｅｕｗの振幅に合わせてから、インバータ５を商用電力系統
３に接続し、スムーズに系統連系運転制御に移行する（系統連系運転を開始する）ように
制御する。
ＰＬＬ回路１４は、基準となる入力信号に同期した信号を出力するための回路であり、
主に、商用系統電圧ｅｕｗの位相角θｕｗに同期した電圧信号を生成するために用いられ
る。このＰＬＬ回路１４は、後述する商用系統電圧ｅｕｗの位相角θｕｗや、装置起動時
におけるインバータ５からの出力電圧の位相角の検出にも、用いられる。位相角調整回路
１５は、蓄電ハイブリッド発電システム１の起動時に、インバータ５からの出力電圧（自
立系統電圧ｅｓｄ）の位相角と、ＰＬＬ回路１４によって検出された商用系統電圧ｅｕｗ
の位相角との位相差が、特定の値になるように、インバータ５からの出力電圧の位相角を
調整する。断線溶着検知回路１６は、系統連系用リレーＳｕ及びＳｗの断線と溶着を検知
する回路である。この断線溶着検知回路１６が行う検知処理については、後で詳述する。
自立電圧振幅検出回路１７は、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の振
幅を検出する。
系統連系用リレーＳｕ及びＳｗ（請求項における系統連系用スイッチ）は、蓄電ハイブ
リッド発電システム１の商用電力系統３への連系状態と解列状態とを切り替えるためのス
イッチである。
図１中のｉｉｎｖと、ｉｓｐとは、それぞれ、インバータ５の出力電流と、蓄電ハイブ
リッド発電システム１から商用電力系統３への逆潮流電流を示す。また、Ｒｌｏａｄは、
自立運転時に蓄電ハイブリッド発電システム１から電力が供給される特定負荷装置（以下
、自立負荷という）を示す。
図２は、蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７の制御の概略を示すブロック図
である。図２には、系統連系運転制御部と、自立運転制御部が示されている。蓄電ハイブ
リッド発電システム１の制御回路７は、スイッチＳＧｒｉｄが０の位置で系統連系運転制
御を行い、スイッチＳＧｒｉｄが1の位置で自立運転制御を行う。また、系統連系運転時
において、有効成分および無効成分の出力電流制御を行い、自立運転時において、交流出
力電圧の一定制御を行う。
また、図２に示すように、系統連系運転制御部は、有効成分生成部２１、無効成分生成
部２２、インバータ出力電流制御部２３、及びＰＷＭ制御部２４である。有効成分生成部
２１は、有効成分の出力電流指令値Ｉ＊ Ｐと、ＰＬＬ回路１４から出力された商用系統電
圧ｅｕｗの位相角θｕｗの正弦値ｓｉｎ（θｕｗ）とを乗算して、有効成分の電流指令値
の瞬時値を生成する。無効成分生成部２２は、無効成分の出力電流指令値Ｉ＊ ｑと、ＰＬ
Ｌ回路１４から出力された商用系統電圧ｅｕｗの位相角θｕｗの余弦値ｃｏｓ（θｕｗ）
とを乗算して、無効成分の電流指令値の瞬時値を生成する。なお、図２においてＰＬＬ回
路１４に入力される自立系統周波数ｆｓｄは、従来のＰＬＬ回路に必要である基本波周波
数に相当する。また、商用系統周波数ｆｕｗは、ＰＬＬ回路１４から求める。つまり、実
際の商用系統周波数と自立系統周波数は異なっても、ＰＬＬ回路１４を用いることにより
、正しい商用系統周波数ｆｕｗを検出することができる。
有効成分生成部２１からの出力値と無効成分生成部２２からの出力値とは、加え合わせ
点ＳＰ１で加算されて、インバータ５の出力電流指令値ｉ＊ ｉｎｖとなる。この出力電流
指令値ｉ＊ ｉｎｖと、インバータ５からのフィードバック値としての出力電流ｉｉｎｖと
は、インバータ出力電流制御部２３に送られる。インバータ出力電流制御部２３は、イン
バータ５からの出力電流ｉｉｎｖの値が、出力電流指令値ｉ＊ ｉｎｖに追従するように、
フィードバック制御を行い、系統連系運転時のデューティ比ｄａを算出する。このデュー
ティ比ｄａは、ＰＷＭ制御部２４に入力される。ＰＷＭ制御部２４は、入力されたデュー
ティ比ｄａに基づいて、このデューティ比ｄａに対応するパルス幅のＰＷＭ信号を生成す
る。これらのＰＷＭ信号に基づいて、インバータ５の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３
，ＳＷ４（図１参照）のオン・オフが制御される。
また、図２において、スイッチＳＧｒｉｄが１の位置で、自立運転制御を行う。自立運
転制御部は、交流出力電圧制御部２５、交流出力電流制御部２６、及びＰＷＭ制御部２４
で構成されている。
交流出力電圧制御部２５には、自立系統電圧指令値ｅ＊ ｓｄと、フィードバック値とし
ての自立系統電圧ｅｓｄとが入力され、交流出力電圧を一定するための交流出力電流指令
値ｉ＊ ｉｎｖを算出する。その後、この交流出力電流指令値ｉ＊ ｉｎｖと、フィードバッ
ク値としての出力電流ｉｉｎｖとが、交流出力電流制御部２６に入力され、交流出力電流
制御部２６は、これらに基づいて、自立運転時のデューティ比ｄｂを算出する。
ＰＷＭ制御部２４は、交流出力電流制御部２６で算出されたデューティ比ｄｂに基づい
て、このデューティ比ｄｂに対応するパルス幅のＰＷＭ信号を生成する。これらのＰＷＭ
信号に基づいて、インバータ５の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のオン・オ
フが制御される。これにより、自立運転時に、インバータ５から出力される自立系統電圧
ｅｓｄが、ほぼ、自立系統電圧指令値ｅ＊ ｓｄに維持される。
本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１は、装置の起動時における、インバータ
５の出力側のコンデンサＣｆへの突入電流を抑制するために、系統連系運転に移行する前
に、自立運転制御を行う。そして、この自立運転制御時に、インバータ５からの出力電圧
の振幅を、商用系統電圧の振幅に合わせてから、上記図２に示される系統連系運転制御に
移行するという起動制御方法を採用している。
図３は、装置の起動時の自立運転制御時に、制御回路７（主に、振幅調整回路１２）に
よって行われる、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の振幅調整制御ブ
ロックである。蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７は、スイッチＳｓｄが１の
位置のときには、自立系統電圧ｅｓｄの最大値 Ｅｓｄ．ｍａｘ（振幅）を、自立系統電
圧ｅｓｄの最大値の指令値Ｅ＊ ｃｓｔに合わせる制御を行い、スイッチＳｓｄが０の位置
のときには、自立系統電圧ｅｓｄの最大値Ｅｓｄ．ｍａｘ（振幅）を、商用系統電圧ｅｕ
ｗの最大値（商用系統電圧の振幅）Ｅｕｗ．ｍａｘに合わせる制御を行う。
図３において、Ｅｕｗ．ｍａｘが、商用系統電圧ｅｕｗの最大値（振幅）、Ｅｓｄ．ｍ
ａｘが、自立系統電圧ｅｓｄの最大値（振幅）、Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ−１）が、ｋ次の
サンプリング周期の一つ前の自立系統電圧の最大値の指令値、θｓｄが、通常の自立運転
時における自立系統電圧ｅｓｄの位相角、θｕｗが商用系統電圧ｅｕｗの位相角、Δφが
、上記の自立系統電圧の位相角θｓｄと商用系統電圧の位相角θｕｗとの差を設けるため
に、新たに挿入した位相角度の閾値である。なお、(k)はk次サンプリング周期の値、すな
わち現在値の意味である。(k-1)は現在値から一つ前のサンプリングした値である。また
、本実施形態のサンプリング周期はスイッチング周波数の逆数である。
蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７（主に、振幅調整回路１２）は、スイッ
チＳｓｄが１の位置のときには、加え合わせ点ＳＰ２において、自立系統電圧ｅｓｄの最
大値の指令値Ｅ＊ ｃｓｔから、その時点における自立系統電圧ｅｓｄの最大値Ｅｓｄ．ｍ
ａｘを減算して、これらの値の差分値を求める。比例制御部２７は、上記の差分値に対し
て、比例ゲインＫｐを乗算して、加え合わせ点ＳＰ３に出力する。ここで、比例ゲインＫ
ｐには、１よりも遥かに少ない正の値（例えば、０．０１）が用いられる。この比例制御
部２７からの出力値は、加え合わせ点ＳＰ３において、一つ前の自立系統電圧の最大値の
指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ−１）と加算されて、現在の自立系統電圧の最大値の指令値
Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ）として、乗算器２８に送られる。乗算器２８は、加え合わせ点Ｓ
Ｐ３から送られた値と、図４（ａ）のＰＬＬ回路１４ｂで求めた自立系統電圧ｅｓｄの位
相角θｓｄに対応する正弦値ｓｉｎ（θｓｄ）とを乗算して、自立系統電圧指令値ｅ＊ ｓ
ｄを算出する。
上記のように、比例ゲインＫｐとして、１よりも遥かに少ない正の値（例えば、０．０
１）を採用したことにより、一つ前の自立系統電圧の最大値の指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（
ｋ−１）を段階的に増加させていくことで、自立系統電圧ｅｓｄの最大値（振幅）Ｅｓｄ
．ｍａｘを、自立系統電圧ｅｓｄの最大値の指令値Ｅ＊ ｃｓｔに追従させることができる
。
蓄電ハイブリッド発電システム１の起動直後の自立運転時には、上記の自立系統電圧ｅ
ｓｄの最大値Ｅｓｄ．ｍａｘの初期値、及び一つ前の自立系統電圧の最大値の指令値Ｅ＊
ｓｄ．ｍａｘ（ｋ−１）の初期値は、０に設定される。このように、Ｅｓｄ．ｍａｘとＥ
＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ−１）の初期値を０に設定した上で、上記のように、自立系統電圧の
最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、自立系統電圧ｅｓｄの振幅の指令値Ｅ＊ ｃｓｔに徐々
に合わせる方法を採用したことにより、装置の起動時に、ソフトスタートの効果を得るこ
とができる。また、自立負荷に電力供給する際に、負荷急変による自立系統電圧の振幅値
を逸脱しないように、自立系統電圧指令値e＊ sdの振幅値を調整できる効果があると考え
る。
蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７は、装置の起動直後の自立運転時に、上
記のように、自立系統電圧ｅｓｄの最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、自立系統電圧ｅｓ
ｄの最大値の指令値Ｅ＊ ｃｓｔに合わせた後、スイッチＳｓｄを０の位置に切り替えて、
自立系統電圧ｅｓｄの最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、商用系統電圧ｅｕｗの最大値（
振幅）Ｅｕｗ．ｍａｘに合わせる。すなわち、インバータ５からの出力電圧（自立系統電
圧ｅｓｄ）の振幅を、商用系統電圧ｅｕｗの振幅に合わせる。
次に、上記のインバータ５からの出力電圧の振幅を、商用系統電圧の振幅に合わせる処
理について、詳述する。蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７（主に、振幅調整
回路１２）は、スイッチＳｓｄが０の位置のときには、加え合わせ点ＳＰ２において、（
商用電圧振幅検出回路１１で検出した）商用系統電圧ｅｕｗの最大値（振幅）Ｅｕｗ．ｍ
ａｘから、その時点における自立系統電圧ｅｓｄの最大値Ｅｓｄ．ｍａｘを減算して、こ
れらの値の差分値を求める。比例制御部２７は、上記の差分値に対して、比例ゲインＫｐ
を乗算して、加え合わせ点ＳＰ３に出力する。ここで、上記のスイッチＳｓｄが１の位置
の時と同様に、比例ゲインＫｐには、１よりも遥かに少ない正の値（例えば、０．０１）
が用いられる。
この比例制御部２７からの出力値は、加え合わせ点ＳＰ３において、一つ前の自立系統
電圧の最大値の指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ−１）と加算されて、現在の自立系統電圧の
最大値の指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ）として、乗算器２８に送られる。乗算器２８は、
加え合わせ点ＳＰ３から送られた現在の自立系統電圧の最大値の指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ
（ｋ）と、（θｕｗ＋Δφ）の正弦値ｓｉｎ（θｕｗ＋Δφ）とを乗算して、自立系統電
圧指令値ｅ＊ ｓｄを算出する。上記のように、比例ゲインＫｐとして、１よりも遥かに少
ない正の値を採用したことにより、一つ前の自立系統電圧の最大値の指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍ
ａｘ（ｋ−１）を段階的に増加させていくことで、インバータ５からの出力電圧(自立系
統電圧ｅｓｄ）の最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、商用系統電圧ｅｕｗの振幅に徐々に
追従させることができる。
スイッチＳｓｄが、１の位置から０の位置に切り替えられた直後には、インバータ５か
らの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘ、及び一つ前の自
立系統電圧の最大値の指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ−１）は、自立系統電圧ｅｓｄの最大
値の指令値Ｅ＊ ｃｓｔと略同じ値になっている。
上記のように、スイッチＳｓｄが、１の位置から０の位置に切り替えられた後にも、イ
ンバータ５から出力される電圧の最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、商用系統電圧ｅｕｗ
の振幅に徐々に合わせる方法を採用したことにより、装置の起動時に、スイッチＳｓｄが
、１の位置から０の位置に切り替えられた後にも、ソフトスタートの効果を得ることがで
きる。
上記の自立系統電圧ｅｓｄの最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘの算出式は、スイッチＳｓ
ｄが０の位置のときには、下記の式（１）、及び式（２）であり、スイッチＳｓｄが１の
位置のときには、下記の式（３）、及び式（４）である。また、商用系統電圧ｅｕｗの最
大値（振幅）Ｅｕｗ．ｍａｘの算出式は、下記の式（５）である。これらの式において、
Ｔｕｗは、商用系統電圧ｅｕｗの周期である。また、ｆｕｗは、商用系統電圧ｅｕｗの周
波数である。Ｔｓｄは、自立系統電圧ｅsdの周期である。また、ｆsdは、自立系統電圧ｅ
sdの周波数である。
Figure 2017212838
また、上記図３に示される制御で用いられる、商用系統電圧ｅｕｗの位相角θｕｗと、
自立系統電圧ｅｓｄの位相角θｓｄには、それぞれ、図４（ａ）に示される商用系統電圧
用のＰＬＬ回路１４ａと自立系統電圧用のＰＬＬ回路１４ｂで求めた値が用いられる。図
４（ａ）において、ｆｓｄは、自立系統電圧ｅｓｄの周波数を示す。
ここで、図４（ｂ）を参照して、上記商用系統電圧用のＰＬＬ回路１４ａと自立系統電
圧用のＰＬＬ回路１４ｂの制御ブロックについて、説明する。ＰＬＬ回路１４ａとＰＬＬ
回路１４ｂとは、入力電圧ｅｉｎの種類は異なるが、同様な制御を行うので、図４（ｂ）
の説明では、これらのＰＬＬ回路１４ａ、１４ｂをまとめて、ＰＬＬ回路１４として説明
する。図４（ｂ）において、入力電圧ｅｉｎは、商用系統電圧ｅｕｗ又は自立系統電圧ｅ
ｓｄを示す。図中のＥｉｎ．ｍａｘとθｏは、入力電圧ｅｉｎが商用系統電圧ｅｕｗのと
きには、Ｅｕｗ．ｍａｘとθｕｗとを示し、入力電圧ｅｉｎが自立系統電圧ｅｓｄのとき
には、Ｅｓｄ．ｍａｘとθｓｄとを示す。
ＰＬＬ回路１４は、除算器３１、乗算器３２、ループコントローラ（ループフィルタ）
３３、積分器３４、帰還信号生成器３５、及び周波数算出器３６を備えている。除算器３
１は、ＰＬＬ回路１４への入力電圧ｅｉｎと、制御回路７が求めた入力電圧ｅｉｎの最大
値（振幅）Ｅｉｎ．ｍａｘとに基づいて、入力電圧ｅｉｎの位相角θｉｎの正弦値ｓｉｎ
（θｉｎ）を算出する。この正弦値ｓｉｎ（θｉｎ）は、乗算器３２において、帰還信号
生成器３５から出力された帰還信号電圧値ｃｏｓ（θｏ）と乗算されて、ループコントロ
ーラ３３に入力される。ループコントローラ３３は、入力値に基づいて、入力電圧ｅｉｎ
と帰還信号電圧との角周波数の差に比例した調整値を出力する。加え合わせ点ＳＰ４では
、自立系統電圧ｅｓｄの角周波数ωｓｄ（＝２πｆｓｄ）から、上記の調整値が減算され
て、調整後の角周波数ωｏが求められる。積分器３４は、上記の調整後の角周波数ωｏを
積分し、入力電圧ｅｉｎの位相角θ０を算出する。なお、ＰＬＬ回路からの出力周波数ｆ
０は、周波数算出器３６を用いて、角周波数ωｏから算出する。
上記のようなＰＬＬ回路１４を用いることにより、起動時の自立運転制御時に、自立系
統電圧ｅｓｄの振幅Ｅｓｄ．ｍａｘが、初期値の０のときでも、自立系統電圧ｅｓｄの角
周波数ωｓｄに基づいて、自立系統電圧ｅｓｄの周波数ｆｓｄに応じた位相角θ０を求め
ることができる。また、上記のように、基本周波数を、商用系統電圧ｅｕｗの周波数ｆｕ
ｗとは異なる、自立系統電圧ｅｓｄの周波数ｆｓｄに設定していても、系統連系運転時に
は、ループコントローラ３３の働きにより、問題なく、商用系統電圧ｅｕｗの位相角θｕ
ｗを求めることができる。
仮に、自立系統電圧ｅｓｄの周波数ｆｓｄが、５０Ｈｚに設定され、商用系統電圧ｅｕ
ｗの周波数ｆｕｗが、６０Ｈｚの場合であっても、上記のように、ＰＬＬ回路１４で商用
系統電圧ｅｕｗの位相角θｕｗを求めることにより、起動時に、インバータ５から出力さ
れる電圧の位相角を、商用系統電圧ｅｕｗの位相角θｕｗから追加した位相差Δφだけ離
れた位相角（θｕｗ＋Δφ）に維持することができる。
自立運転制御の起動時では、上記図３に示される制御方法で、インバータ５からの出力
電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の振幅と位相を調整するようにしたことにより、自立系統電
圧ｅｓｄの最大値の指令値Ｅ＊ ｃｓｔと商用系統電圧ｅｕｗの最大値（振幅）Ｅｕｗ．ｍ
ａｘとが異なる場合や、自立系統電圧ｅｓｄの位相角θｓｄと商用系統電圧ｅｕｗの位相
角θｕｗとが異なる場合でも、蓄電ハイブリッド発電システム１をスムーズに起動させる
ことができる。ここで、「スムーズに起動させることができる」とは、起動時に、インバ
ータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の最大値 (振幅)Ｅｓｄ．ｍａｘが急増す
るのを避けることができることを意味する。
例えば、商用系統電圧ｅｕｗの実効値と周波数が、２００Ｖと６０Ｈｚであって、通常
の自立運転時における自立系統電圧ｅｓｄの実効値と周波数が、１００Ｖと５０Ｈｚの場
合であっても、上記図３に示される制御方法で、装置の起動時の自立運転制御を行ってか
ら、インバータ５を商用電力系統３に接続して、系統連系運転を開始するように制御する
ことにより、インバータ５からの出力電圧の最大値（振幅）を急増させることなく、蓄電
ハイブリッド発電システム１をスムーズに商用電力系統３に連系することができる。
次に、図５のフローチャートを参照して、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム
１の起動時の制御の流れについて、説明する。本蓄電ハイブリッド発電システム１の制御
回路７（主に、起動制御回路１３）は、商用電力系統３と連系する前に、まず、スイッチ
ＳＧｒｉｄを１の位置、スイッチＳｓｄを１の位置、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗをオフ
、自立系統用リレーＳｓｔｄをオフに切り替えて、自立運転制御を行う（Ｓ１）。なお、
請求項における「自立運転制御」とは、上記のように、起動時に、自立系統用リレーＳｓ
ｔｄをオフにした状態で、図２に示される自立運転制御部によって行われる制御を意味す
る。自立運転制御の開始から所定時間が経過して（Ｓ２でＹＥＳ）、インバータ５からの
出力電圧の最大値(振幅)が、自立系統電圧ｅｓｄの最大値の指令値Ｅ＊ ｃｓｔにまで達す
ると、制御回路７は、商用電力系統３と連系するように設定されている場合は（Ｓ３でＹ
ＥＳ）、スイッチＳｓｄを０の位置に切り替えて、図３に示される制御処理を行うことに
より、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の振幅、位相、及び周波数を
、商用系統電圧ｅｕｗの振幅、位相、及び周波数に合わせる（Ｓ４）。ただし、この時の
位相角については、インバータ５からの出力電圧の位相角θｓｄが、商用系統電圧ｅｕｗ
の位相角θｕｗと位相差Δφを有する位相角(θｕｗ＋Δφ）に切り替わる。
次に、蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７（主に、起動制御回路１３と断線
溶着検知回路１６）は、図６に示すような、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗのオン・オフの
切り替えを行って、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの断線と溶着とを検知する（図５のＳ５
）。
具体的には、図６において、（１）の期間には、制御回路７は、系統連系用リレーＳｕ
、Ｓｗを、いずれも、オフにした状態で、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの両方が溶着して
いるか否かを検知する。また、（２）の期間には、制御回路７は、系統連系用リレーＳｕ
のみをオンに切り替えて、系統連系用リレーＳｗをオフにしたままの状態で、系統連系用
リレーＳｗが溶着しているか否かを検知する。また、（２）の期間の終了から所定期間Ｔ
ｄｌｙが経過すると、制御回路７は、（３）の期間において、系統連系用リレーＳｕをオ
フに、系統連系用リレーＳｗをオンに切り替えて、系統連系用リレーＳｕが溶着している
か否かを検知する。そして、（３）の期間の終了から所定期間Ｔｄｌｙが経過すると、制
御回路７は、（４）の期間において、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗのいずれかが断線して
いるか否かを検知する。
次に、上記の系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの溶着・断線の具体的な検知方法について、
説明する。まず、制御回路７は、図４（ａ）に示されるように、商用系統電圧の位相角検
出用のＰＬＬ回路１４ｂと、自立系統電圧の位相角検出用のＰＬＬ回路１４ａを用いて、
商用系統電圧ｅｕｗの位相角θｕｗと、自立系統電圧ｅｓｄの位相角θｓｄとを求める。
そして、図６中の（１）、（２）、及び（３）の期間において、下記の式（６）に示す、
商用系統電圧の位相角θｕｗと自立系統電圧の位相角θｓｄとの位相差（請求項３におけ
る「検出位相差」）の検出値Δｘが、式（７）に示すように、ある閾値（例えば、ｋ１・
Δφ（ただし、ｋ１は、比例定数））以下であると、制御回路７は、系統連系用リレーＳ
ｕ、Ｓｗに溶着状態が発生していると判定して（図５のＳ５でＮＯ）、蓄電ハイブリッド
発電システム１の運転を停止する（図５のＳ６）。
｜θｕｗ−θｓｄ｜＝Δｘ・・・(６）
Δｘ≦ｋ１・Δφ・・・(７）
また、図６中の（４）の期間において、上記式（６）の検出値Δｘが、式(８）に示す
ように、ある閾値（例えば、ｋ２・Δφ（ただし、ｋ２は、比例定数））以上であると、
制御回路７は、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの少なくともいずれかに断線状態が発生して
いると判定して（図５のＳ５でＮＯ）、蓄電ハイブリッド発電システム１の運転を停止す
る（図５のＳ６）。
Δｘ≧ｋ２・Δφ・・・(８）
上記の断線・溶着の検知処理をまとめると、制御回路７（の断線溶着検知回路１６）は
、系統連系運転を開始する前に、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗを連系状態に切り替えた時
に、ＰＬＬ回路１４ｂとＰＬＬ回路１４ａによって検出された、商用系統電圧の位相角θ
ｕｗと自立系統電圧の位相角θｓｄとの位相差の検出値Δｘに基づいて、系統連系用リレ
ーＳｕ、Ｓｗの断線を検知し、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗを解列状態に切り替えた時に
、ＰＬＬ回路１４ｂとＰＬＬ回路１４ａによって検出された上記の位相差の検出値Δｘに
基づいて、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの溶着を検知する。
ここで、自立系統用リレーの溶着を検知する技術は、上記特許文献２にも記載されてい
るが、特許文献２に記載された電力変換装置では、自立系統用リレーの溶着を検知するこ
とはできても、自立系統用リレーの断線を検知することはできない。
図５のＳ５の検知処理で、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの溶着又は断線を検知しなかっ
た場合は（Ｓ５でＹＥＳ）、制御回路７（主に、起動制御回路１３）は、スイッチＳＧｒ
ｉｄを０の位置に、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗをオンにして、自立運転から系統連系運
転に切り替え（Ｓ７）、図２の上部に示される系統連系運転時の制御を行う。
上記Ｓ３の判定で、商用電力系統３と連系しないように設定されている場合は（Ｓ３で
ＮＯ）、制御回路７は、自立系統用リレーＳｓｔｄをオンに切り替えて（Ｓ８）、自立運
転を開始する。
上記の本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１の起動時の制御方法には、４つの
特徴がある。１つ目の特徴は、商用電力系統３と連系する前に、自立運転制御を行うこと
である。起動直後に、商用電力系統３と連系すると、起動時において、いきなり商用系統
電圧ｅｕｗがコンデンサＣｆに印加されて、コンデンサＣｆへの印加電圧が急増するので
、コンデンサＣｆに突入電流が流れるおそれがある。これに対して、商用電力系統３と連
系する前に、上記図３に示されるように、スイッチＳｓｄを１の位置にセットして、ソフ
トスタートで自立運転制御を行うと、コンデンサＣｆへの印加電圧が徐々に増加するので
、商用電力系統と連系する際に、コンデンサＣｆに突入電流が流れるおそれをなくすこと
ができる。
２つ目の特徴は、蓄電ハイブリッド発電システム１を商用電力系統３と連系する前に、
図３に示されるスイッチＳｓｄを０の位置にセットして、インバータ５からの出力電圧の
振幅（自立系統電圧ｅｓｄの振幅）を、徐々に商用系統電圧ｅｕｗの振幅に合わせるフィ
ードバック制御を行うことである。３つ目の特徴は、系統連系運転制御に移行する前に、
系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの不良の確認（断線状態と溶着状態の検知）を行うことであ
る。
４つ目の特徴は、スムーズに自立運転制御から系統連系運転制御に切り替わることであ
る。ここで、スムーズに切り替わる理由は、（１）本蓄電ハイブリッド発電システム１が
、上記２つ目の特徴により、インバータ５から出力される電圧の振幅（自立系統電圧ｅｓ
ｄの振幅）を、商用系統電圧ｅｕｗの振幅に合わせてから、系統連系運転制御に移行する
からという理由と、（２）本蓄電ハイブリッド発電システム１が、３つ目の特徴により、
系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗに不良（断線状態と溶着状態）がないことを確認してから、
系統連系運転を開始するからという理由による。
本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、上記のような起動時の制御方
法を採用することにより、従来のような突入電流防止回路を設けることなく、装置の起動
時における、インバータ５と商用電力系統３との間に設けられたコンデンサＣｆへの突入
電流を、抑制することができる。また、商用電力系統３と連系する前に、系統連系用リレ
ーＳｕ、Ｓｗの断線状態と溶着状態を、確実に検知することができる。
上記の起動時の制御方法の効果を確認するために、系統連系用リレーＳｗを溶着させた
上で、蓄電ハイブリッド発電システム１の起動時の実験を行った。なお、通常の運用時に
は、図５のフローチャートで示されるように、系統連系用リレーＳｗが溶着している場合
には、蓄電ハイブリッド発電システム１の運転を停止して、系統連系運転には移行しない
が、この実験では、系統連系用リレーＳｗの溶着を検知した後に、敢えて、系統連系運転
に移行させて、上記の起動時の制御方法を採用した場合における、コンデンサＣｆへの突
入電流の発生状況を確認した。要するに、この起動時の実験は、上記の起動時の制御方法
を採用した場合における、コンデンサＣｆへの突入電流の抑制効果と、系統連系用リレー
Ｓｕ、Ｓｗの断線・溶着の確認効果とを、一度に確認するためのものである。
図７は、上記の制御方法を採用した蓄電ハイブリッド発電システム１において、商用電
力系統３と連系する直前における、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）
及び商用系統電圧ｅｕｗと、自立運転から系統連系運転への切り替え時におけるコンデン
サＣｆへの突入電流の発生状況とを示す。この図において、インバータ５からの出力電圧
ｅｓｄを、一点鎖線で示し、商用系統電圧ｅｕｗを、実線で示している。また、図におい
て、逆潮流電流ｉｓｐを、破線で示している。なお、図７において、縦軸は、電圧（Ｖ）
と電流（Ａ）を示し、横軸は、時間ｔ（秒）を示す。
この実験では、図７に示されるように、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗをオンする瞬間に
、逆潮流電流ｉｓｐが、スパイク状の突入電流となった。ここで、逆潮流電流ｉｓｐにス
パイク状の突入電流が発生した理由は、上記の（スイッチＳｓｄが０の位置のときにおけ
る）自立系統電圧ｅｓｄと商用系統電圧ｅｕｗとの位相差Δφ(２００μｓ、すなわち、
約４．３２°)を設けため、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗをオンした瞬間に、自立系統電
圧ｅｓｄと商用系統電圧との位相差Δφに起因して、コンデンサＣｆに印加される交流電
圧と商用系統電圧の差分で、コンデンサＣｆに電流が流れてしまい、その結果、瞬時突入
電流が流れてしまうからである。ただし、位相差Δφは、上記のように小さい値に設定し
ているため、図７に示されるように、発生する瞬時突入電流は、２０Ａまでの値である。
このレベルの瞬時突入電流が発生しても、インバータ５のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ
４の最大許容電流を超えないので、インバータ５を含む蓄電ハイブリッド発電システム１
全体が、正常に動作する。
また、上記の実験において、系統連系用リレーＳｗの溶着を検知することができた。
上記の実験の結果、起動時において、図３に示される制御方法で、インバータ５からの
出力電圧の振幅と位相を調整するようにしたことにより、コンデンサＣｆへの突入電流を
抑制することができることを確認することができた。また、上記の系統連系用リレーの断
線と溶着の検知方法により、系統連系用リレーの溶着を検知することができることを確認
することができた。
上記のように、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、装置の起動後
に、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の振幅を、所定の値から段階的
に増加させて、検出された商用系統電圧ｅｕｗの振幅に合わせてから、インバータ５を商
用電力系統３に接続して、系統連系運転を開始するようにした。これにより、装置の起動
時に、インバータ５と商用電力系統３との間に設けられたコンデンサＣｆに印加される電
圧が、０Ｖから商用系統電圧ｅｕｗに急増することを防ぐことができるので、突入電流防
止回路を設けることなく、装置の起動時における、インバータ５と商用電力系統３との間
に設けられたコンデンサＣｆへの突入電流を抑制することができる。
また、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、制御回路７（の起動制
御回路１３）が、装置の起動後に、位相角調整回路１５によって、上記の位相差が、特定
の値になるように、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の位相角θｓｄ
を調整してから、インバータ５を商用電力系統３に接続して、系統連系運転を開始するよ
うに制御する。これにより、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の振幅
だけではなく、位相角度も、商用系統電圧ｅｕｗの位相角を用いて調整してから、インバ
ータ５を商用電力系統３に接続して、系統連系運転を開始することができる。従って、蓄
電ハイブリッド発電システム１が商用電力系統３と連系する際に、インバータ５と商用電
力系統３との間に設けられたコンデンサＣｆに印加される電圧の変動をさらに抑えること
ができるので、コンデンサＣｆへの突入電流をさらに抑制することができる。
さらにまた、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、系統連系運転を
開始する前に、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗを連系状態に切り替えた時に、ＰＬＬ回路１
４ａとＰＬＬ回路１４ｂによって検出された、インバータ５からの出力電圧（自立系統電
圧ｅｓｄ）と商用系統電圧ｅｕｗとの位相差の検出値Δｘに基づいて、系統連系用リレー
Ｓｕ、Ｓｗの断線を検知し、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗを解列状態に切り替えた時に、
ＰＬＬ回路１４ａとＰＬＬ回路１４ｂによって検出された上記の位相差の検出値Δｘに基
づいて、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの溶着を検知する。これにより、系統連系運転を開
始する前に、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの断線と溶着を検知することができる。
変形例：
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種
々の変形が可能である。次に、本発明の変形例について説明する。
変形例１：
上記の実施形態では、図３に示されるインバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓ
ｄ）の振幅の調整制御において、スイッチＳｓｄを１の位置にセットして、自立系統電圧
ｅｓｄの最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、自立系統電圧ｅｓｄの最大値の指令値Ｅ＊ ｃ
ｓｔに合わせてから、スイッチＳｓｄを０の位置に切り替えて、自立系統電圧ｅｓｄの最
大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、商用系統電圧ｅｕｗの最大値（振幅）Ｅｕｗ．ｍａｘに
合わせるようにした。けれども、図５に示される起動時の制御において、Ｓ１の自立運転
処理を行わず、図８に示されるように、装置の起動直後に、スイッチＳｓｄを０の位置に
セットして、自立系統電圧ｅｓｄの最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａｘを、０から徐々に増加
させて、商用系統電圧ｅｕｗの最大値（振幅）Ｅｕｗ．ｍａｘに合わせるようにしてもよ
い（図８のＳ１１）。この場合、図３に示される振幅の調整制御において、（スイッチＳ
ｓｄを０の位置にセットした時に、）自立系統電圧ｅｓｄの最大値（振幅）Ｅｓｄ．ｍａ
ｘ、及び一つ前の自立系統電圧の最大値の指令値Ｅ＊ ｓｄ．ｍａｘ（ｋ−１）の初期値は
、０にセットされる。
上記図８に示される制御を行った場合も、図５に示される制御を行った場合と同様に、
装置の起動時にソフトスタートの効果を得ることができる。
なお、図８におけるＳ１２、Ｓ１３、及びＳ１４のステップは、それぞれ、図５におけ
るＳ５、Ｓ６、及びＳ７のステップに相当する。
変形例２：
上記の実施形態では、系統連系用リレーＳｕ、Ｓｗの断線と溶着を検知するために、制
御回路７は、装置の起動後に、インバータ５からの出力電圧（自立系統電圧ｅｓｄ）の位
相角と、ＰＬＬ回路１４によって検出された商用系統電圧ｅｕｗの位相角との位相差が、
特定の値（Δφ）になるように、インバータ５からの出力電圧の位相角を調整したが、制
御回路は、装置の起動後に、上記の位相差が、所定の範囲内の値になるように、インバー
タからからの出力電圧の位相角を調整してもよい。この構成においても、ＬＣフィルタを
構成するコンデンサへの突入電流を抑制することができる。
変形例３：
上記の実施形態では、請求項における「コンデンサ」が、ＬＣフィルタ６を構成するコ
ンデンサＣｆである場合の例を示したが、請求項における「コンデンサ」は、これに限ら
れず、インバータと商用電力系統との間に接続されたコンデンサ（インバータの出力側の
コンデンサ）であればよい。
変形例４：
上記の実施形態では、本発明の系統連系用電力変換装置が、太陽光発電用の蓄電ハイブ
リッド発電システム１である場合の例について説明した。けれども、本発明の適用対象と
なる自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置は、これに限られず、風力発電装置等
の多種多様な分散型電源用のＤＣ／ＤＣコンバータと、電力貯蔵装置用の双方向ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータとを備えた、他の種類の蓄電ハイブリッド発電システムにも適用することが
できる。また、本発明の適用対象となる自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置は
、必ずしも、分散型電源及び電力貯蔵装置を備えたものに限られず、外付けの分散型電源
及び電力貯蔵装置と接続して、蓄電ハイブリッド発電システムを構成するものであっても
よい。
変形例５：
上記の実施形態では、制御回路７が、いわゆるマイコンを用いて構成されている場合の
例を示したが、制御回路７は、これに限られず、例えば、システムＬＳＩであってもよい
。
１ 蓄電ハイブリッド発電システム（系統連系用電力変換装置）
２ａ 太陽電池（分散型電源）
２ｂ 電力貯蔵装置
３ 商用電力系統
５ インバータ
１１ 商用電圧振幅検出回路（商用電圧振幅検出手段）
１２ 振幅調整回路（振幅調整手段）
１３ 起動制御回路（起動制御手段）
１４、１４ａ、１４ｂ ＰＬＬ回路（商用電圧位相角検出手段、出力電圧位相角検出手段
）
１５ 位相角調整回路（位相角調整手段）
１６ 断線溶着検知回路（断線溶着検知手段）
Ｃｆ コンデンサ
Ｓｕ、Ｓｗ 系統連系用リレー（系統連系用スイッチ）
Δφ 位相差
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置は、分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であって、前記分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との少なくとも一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換するインバータと、前記インバータと前記商用電力系統との間に接続されたコンデンサと、前記商用電力系統の電圧である商用系統電圧の振幅を検出する商用電圧振幅検出手段と、前記インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させて、前記商用電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせる振幅調整手段と、前記商用系統電圧の位相角を検出する商用電圧位相角検出手段と、前記インバータからの出力電圧の位相角を検出する出力電圧位相角検出手段と、前記出力電圧位相角検出手段によって検出された前記インバータからの出力電圧の位相角と、前記商用電圧位相角検出手段によって検出された商用系統電圧の位相角との位相差が、所定の範囲内の値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整する位相角調整手段と、前記分散型電源の前記商用電力系統への連系状態と解列状態とを切り替えるための系統連系用スイッチと、前記系統連系運転を開始する前に、前記系統連系用スイッチを前記連系状態に切り替えた時における、前記出力電圧位相角検出手段によって検出された位相角と、前記商用電圧位相角検出手段によって検出された位相角との差である検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの断線を検知し、前記系統連系用スイッチを前記解列状態に切り替えた時における前記検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの溶着を検知する断線溶着検知手段と、装置の起動後に、前記振幅調整手段によって、前記インバータからの出力電圧の振幅を、前記商用電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせてから、前記インバータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するように制御する起動制御手段とを備える。
本発明の第２の態様による自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置は、分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であって、前記分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との少なくとも一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換するインバータと、前記インバータと前記商用電力系統との間に接続されたコンデンサと、前記商用電力系統の電圧である商用系統電圧の振幅を検出する商用電圧振幅検出手段と、前記インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させて、前記商用電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせる振幅調整手段と、前記商用系統電圧の位相角を検出する商用電圧位相角検出手段と、前記インバータからの出力電圧の位相角を検出する出力電圧位相角検出手段と、前記出力電圧位相角検出手段によって検出された前記インバータからの出力電圧の位相角と、前記商用電圧位相角検出手段によって検出された商用系統電圧の位相角との位相差が、特定の値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整する位相角調整手段と、前記分散型電源の前記商用電力系統への連系状態と解列状態とを切り替えるための系統連系用スイッチと、前記系統連系運転を開始する前に、前記系統連系用スイッチを前記連系状態に切り替えた時における、前記出力電圧位相角検出手段によって検出された位相角と、前記商用電圧位相角検出手段によって検出された位相角との差である検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの断線を検知し、前記系統連系用スイッチを前記解列状態に切り替えた時における前記検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの溶着を検知する断線溶着検知手段と、装置の起動後に、前記振幅調整手段によって、前記インバータからの出力電圧の振幅を、前記商用電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせると共に、前記位相角調整手段によって、前記位相差が、特定の値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整してから、前記インバータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するように制御する起動制御手段とを備える。
本発明の第３の態様による自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法は、分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との少なくとも一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換するインバータと、前記インバータと商用電力系統との間に接続されたコンデンサと、前記分散型電源の前記商用電力系統への連系状態と解列状態とを切り替えるための系統連系用スイッチとを備えた、自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法であって、前記商用電力系統の電圧である商用系統電圧の振幅を検出するステップと、前記系統連系用電力変換装置の起動後に、前記インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させて、前記商用系統電圧の振幅に合わせるステップと、前記インバータからの出力電圧の位相角と、前記商用系統電圧の位相角との位相差が、所定の範囲内の値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整するステップと、前記系統連系運転を開始する前に、前記系統連系用スイッチを前記連系状態に切り替えた時に検出された、前記インバータからの出力電圧の位相角と前記商用系統電圧の位相角との差である検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの断線を検知し、前記系統連系用スイッチを前記解列状態に切り替えた時に検出された前記検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの溶着を検知するステップと、前記インバータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するステップとを備える。
本発明の第４の態様による自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法は、分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との少なくとも一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換するインバータと、前記インバータと商用電力系統との間に接続されたコンデンサと、前記分散型電源の前記商用電力系統への連系状態と解列状態とを切り替えるための系統連系用スイッチとを備えた、自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法であって、前記商用電力系統の電圧である商用系統電圧の振幅を検出するステップと、前記系統連系用電力変換装置の起動後に、前記インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させて、前記商用系統電圧の振幅に合わせるステップと、前記インバータからの出力電圧の位相角と、前記商用系統電圧の位相角との位相差が、特定の値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整するステップと、前記系統連系運転を開始する前に、前記系統連系用スイッチを前記連系状態に切り替えた時に検出された、前記インバータからの出力電圧の位相角と前記商用系統電圧の位相角との差である検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの断線を検知し、前記系統連系用スイッチを前記解列状態に切り替えた時に検出された前記検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの溶着を検知するステップと、前記インバータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するステップとを備える。
本発明によれば、装置の起動後に、インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させて、検出された商用系統電圧の振幅に合わせてから、インバータを商用電力系統に接続し、系統連系運転を開始するようにした。これにより、装置の起動時に、インバータと商用電力系統との間に設けられたコンデンサに印加される電圧が、０Ｖから商用系統電圧に急増することを防ぐことができるので、突入電流防止回路を設けることなく、装置の起動時における、インバータと商用電力系統との間に設けられたコンデンサへの突入電流を抑制することができる。また、系統連系運転を開始する前に、系統連系用スイッチの断線と溶着を検知することができる。

Claims (7)

  1. 分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であって、
    前記分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との少な
    くとも一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換するインバータと、
    前記インバータと前記商用電力系統との間に接続されたコンデンサと、
    前記商用電力系統の電圧である商用系統電圧の振幅を検出する商用電圧振幅検出手段と
    、
    前記インバータからの出力電圧の振幅を、所定の値から段階的に増加させて、前記商用
    電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせる振幅調整手段と、
    装置の起動後に、前記振幅調整手段によって、前記インバータからの出力電圧の振幅を
    、前記商用電圧振幅検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせてから、前記イン
    バータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するように制御する起動制御
    手段とを備える、自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置。
  2. 前記商用系統電圧の位相角を検出する商用電圧位相角検出手段と、
    前記インバータからの出力電圧の位相角と、前記商用電圧位相角検出手段によって検出
    された商用系統電圧の位相角との位相差が、所定の範囲内の値になるように、前記インバ
    ータからの出力電圧の位相角を調整する位相角調整手段とをさらに備え、
    前記起動制御手段は、装置の起動後に、前記位相角調整手段によって、前記位相差が、
    所定の範囲内の値になるように、前記インバータからの出力電圧の位相角を調整してから
    、前記インバータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するように制御す
    ることを特徴とする請求項１に記載の自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置。
  3. 前記位相角調整手段は、前記位相差が、特定の値になるように、前記インバータからの
    出力電圧の位相角を調整し、
    前記分散型電源の前記商用電力系統への連系状態と解列状態とを切り替えるための系統
    連系用スイッチと、
    前記インバータからの出力電圧の位相角を検出する出力電圧位相角検出手段と、
    前記系統連系運転を開始する前に、前記系統連系用スイッチを前記連系状態に切り替え
    た時における、前記出力電圧位相角検出手段によって検出された位相角と、前記商用電圧
    位相角検出手段によって検出された位相角との差である検出位相差に基づいて、前記系統
    連系用スイッチの断線を検知し、前記系統連系用スイッチを前記解列状態に切り替えた時
    における前記検出位相差に基づいて、前記系統連系用スイッチの溶着を検知する断線溶着
    検知手段とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の自立運転機能を有する系統
    連系用電力変換装置。
  4. 前記起動制御手段は、装置の起動直後に、自立運転制御を行い、この自立運転制御時に
    、前記インバータからの出力電圧の振幅を、前記振幅調整手段により、前記商用電圧振幅
    検出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせることを特徴とする請求項１乃至請求
    項３の少なくともいずれか一項に記載の自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置。
  5. 前記振幅調整手段は、前記インバータからの出力電圧の振幅を、自立運転時に装置から
    出力される自立系統電圧の振幅、又は０から、段階的に増加させて、前記商用電圧振幅検
    出手段で検出された商用系統電圧の振幅に合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項
    ４の少なくともいずれか一項に記載の自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置。
  6. 前記商用電圧位相角検出手段及び前記出力電圧位相角検出手段は、ＰＬＬ回路であるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項５の少なくともいずれか一項に記載の自立運転機能を
    有する系統連系用電力変換装置。
  7. 分散型電源と前記分散型電源から出力された電力を貯蔵する電力貯蔵装置との少なくと
    も一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換するインバータと、前記
    インバータと前記商用電力系統との間に接続されたコンデンサとを備えた、自立運転機能
    を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法であって、
    前記系統連系用電力変換装置の起動後に、前記インバータからの出力電圧の振幅を、所
    定の値から段階的に増加させて、商用系統電圧の振幅に合わせるステップと、
    前記インバータを前記商用電力系統に接続して、系統連系運転を開始するステップとを
    備える、自立運転機能を有する系統連系用電力変換装置の起動制御方法。
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