JP2017212840A - 系統連系用電力変換装置、及びその起動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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】パワーコンディショナ１の起動後に、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの振幅を、０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ｅ_{ｕ ｗ}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Ｃ_ｆに印加される電圧が、０Ｖから商用系統電圧ｅ_ｕｗに急増することを防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散型電源に適用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。

従来から、太陽電池や燃料電池等の分散型電源を、商用電力系統に連系させて使用する
ためには、分散型電源で発電された直流電力を、商用電力系統に連系可能な交流電力に変
換するための、パワーコンディショナ等の電力変換装置が必要である。

上記のパワーコンディショナは、例えば、分散型電源が太陽電池である場合、最大電力
点追従制御(以下、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉ
ｎｇ）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、パワーコンディショナは、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Ｖ_ｄｃ）をある一定の範
囲内で上下させるＤＣ／ＤＣコンバータと、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、パワーコンディショナの制御部か
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、上記のパワーコンディショナは
、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。

上記のパワーコンディショナでは、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、パワーコンディショナ内の他の回路素子（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
パワーコンディショナが知られている。

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。

また、この種の電力変換装置において、特許文献３に記載されたように、専用の電流検
出センサを追加することなく、コンデンサへの印加電圧の変化率に基づいて、電力変換部
のスイッチング素子の導通故障又は制御異常により上下アームが同時にオンした場合にお
ける、短絡状態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 特開２００５−３１８７０４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（パワーコンデ
ィショナ）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。また、上記特許文献３に記載された電力
変換装置では、スイッチング素子の短絡状態を検出することはできるが、上記の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
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、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流値を検出する出力電流値検出手段と、前記コンデンサに流れ
る電流の値であるコンデンサ通過電流値を推定する通過電流値推定手段と、前記出力電流
値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流値と、前記通過電流値推
定手段によって推定されたコンデンサ通過電流値とに基づいて、前記系統連系用電力変換
装置からの出力電流値を算出する装置出力電流値算出手段と、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連系状態に切り替えた状態において、前記装置出力電
流値算出手段により算出された出力電流値に基づいて、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解列状態に切り替えた状態において、前記装置出力電
流値算出手段により算出された出力電流値に基づいて、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、前記インバータからの出力電圧値を検出する出
力電圧値検出手段をさらに備え、前記通過電流推定手段は、前記出力電圧値検出手段によ
って検出された出力電圧値に基づいて、前記コンデンサ通過電流値を算出することにより
、前記コンデンサ通過電流値を推定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、前記断線溶着検知手段は、前記系統連系用スイ
ッチを解列状態に切り替えた状態において、前記装置出力電流値算出手段によって、前記
系統連系用電力変換装置からの出力電流値を繰り返し算出し、過去複数回分の算出した出
力電流値が、全て所定の閾値以上で、かつ、漸増しているときに、前記系統連系用スイッ
チが溶着状態であると検知し、前記系統連系用スイッチを連系状態に切り替えた状態にお
いて、前記装置出力電流値算出手段により算出された出力電流値が所定の閾値以下のとき
に、前記系統連系用スイッチが断線状態であると検知してもよい。

本発明の他の態様によ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、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、０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、０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パワーコンディショナ（系統連系用電力変換装置）を含む太陽光発電システムの概略のシステム構成図。 上記パワーコンディショナの制御の概略を示すブロック図。 上記パワーコンディショナの起動時に行われる、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。 上記パワーコンディショナの起動時の制御処理のフローチャート。 上記パワーコンディショナ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。 上記系統連系用リレーの断線・溶着の判定方法を示す図。 上記パワーコンディショナにおいて、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のパワーコンディショナにおける系統連系用リレーと保護リレーの回路の説明図。

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、パワーコンディショナである場合の例について、説明する。図１は、本実
施形態によるパワーコンディショナ１を含む太陽光発電システム１０の概略のシステム構
成を示す。

太陽光発電システム１０は、分散型電源である太陽電池２と、太陽電池２で発電された
直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ１とを備えており、商用電力系統３
に連系可能である。パワーコンディショナ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、直流バス電圧
平滑化用の電解コンデンサＣ_ｄｃ、インバータ５、ＬＣフィルタ６、制御回路７、及び系
統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ（請求項における系統連系用スイッチ）を備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、太陽電池２の最大電力点追従制御(以下、ＭＰＰＴ（Ｍａ
ｘｉｍｕｍ 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４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Ｖ_ｄｃ）をある一定の範囲内で上下させる。インバータ５
は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４から出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、パワーコ
ンディショナの制御部から送られるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉ
ｏｎ）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Ｌ_ｆと、電源ラ
イン間に接続されたコンデンサＣ_ｆ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。図中におけるＲ
_ｆとＲ_ｃとは、それぞれ、リアクトルＬ_ｆの内部抵抗とコンデンサＣ_ｆの内部抵抗とを示
す。ＬＣフィルタ６におけるコンデンサＣ_ｆ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、出力電圧振幅検
出回路１７、出力電流値検出回路１８、通過電流値推定回路１９、装置出力電流値算出回
路２０、及び出力電圧値検出回路２１等の回路を含んでいる。これらの回路１１〜２１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、ＰＬＬ回路１４、位相角調整回路１
５、断線溶着検知回路１６、出力電流値検出回路１８、通過電流値推定回路１９、装置出
力電流値算出回路２０、出力電圧値検出回路２１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、商用電圧位相角検出手段、位相角調整手段
、断線溶着検知手段、出力電流値検出手段、通過電流値推定手段、装置出力電流値算出手
段、出力電圧値検出手段に相当する。

商用電圧振幅検出回路１１は、商用系統電圧ｅ_ｕｗ（ｕ−ｗ間の線間電圧）の振幅を検
出する。振幅調整回路１２は、インバータ５からの出力電圧の振幅を、０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ｅ_ｕｗの振幅に合わせる
。起動制御回路１３は、パワーコンディショナ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、商用電圧振幅検出回路１１で検出された
商用系統電圧ｅ_ｕｗ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、
商用系統電圧ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗ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ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗの検出にも、用いられ
る。位相角調整回路１５は、パワーコンディショナ１の起動時に、インバータ５からの出
力電圧ｅ_ｉｎｖの位相角と、ＰＬＬ回路１４によって検出された商用系統電圧ｅ_ｕｗの位
相角θ_ｕｗ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Ｓ_ｕ及びＳ_ｗ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
。出力電圧振幅検出回路１７は、インバータ５からの出力電圧ｅ_ｉｎｖの振幅を検出する
。

出力電流値検出回路１８は、インバータ５からの出力電流ｉ_ｉｎｖの値を検出する。通
過電流値推定回路１９は、コンデンサＣ_ｆに流れる電流（コンデンサ通過電流）ｉ_ｃの値
（コンデンサ通過電流値）を推定する。装置出力電流値算出回路２０は、出力電流値検出
回路１８によって検出された、インバータ５からの出力電流（以下、「インバータ出力電
流」と略す）ｉ_ｉｎｖの値と、通過電流値推定回路１９によって推定されたコンデンサ通
過電流ｉ_ｃの値とに基づいて、パワーコンディショナ１からの出力電流ｉ_ｓｐの値を算出
する。出力電圧値検出回路２１は、インバータ５からの出力電圧ｅ_ｉｎｖの値を検出する
。

系統連系用リレーＳ_ｕ及びＳ_ｗ（請求項における系統連系用スイッチ）は、太陽電池２
（及びパワーコンディショナ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。

商用電力系統３には、商用系統電源８と、商用系統インピーダンスとが含まれる。図１
中のＲ_ＧｒｉｄとＬ_Ｇｒｉｄとは、商用系統インピーダンスの抵抗と誘導性リアクタンス
とを示す。また、図１中のＲ_ｕｗは、商用電力系統側に接続している交流負荷を示す。

図２は、パワーコンディショナ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起動制御部が示されている。パワーコンディショナ１の
制御回路７は、系統連系運転時（スイッチＳ_Ｇｒｉｄが０の位置の時）には、有効成分お
よび無効成分の出力電流制御を行い、起動時（スイッチＳ_Ｇｒｉｄが１の位置の時）には
、インバータ５からの交流出力電圧制御を行う。

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３１、無効成分生成
部３２、インバータ出力電流制御部３３を含んでいる。有効成分生成部３１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ｅ_ｕｗの位相角
θ_ｕｗの正弦値ｓｉｎ（θ_ｕｗ）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３２は、無効成分の出力電流指令値Ｉ^＊ _ｑと、ＰＬＬ回路１４から出
力された商用系統電圧ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗの余弦値ｃｏｓ（θ_ｕｗ）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、ｆ₀は、ＰＬＬ回路１４
に入力される基本波周波数を示し、ｆ_ｕｗは、ＰＬＬ回路１４で求めた商用系統周波数を
示す。

有効成分生成部３１からの出力値と無効成分生成部３２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ｉ_ｉｎｖと
は、インバータ出力電流制御部３３に送られる。インバータ出力電流制御部３３は、イン
バータ５からの出力電流ｉ_ｉｎｖ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ｄ_ａを算出する。このデュー
ティ比ｄ_ａは、ＰＷＭ制御部３４に入力される。ＰＷＭ制御部３４は、入力されたデュー
ティ比ｄ_ａに基づいて、このデューティ比ｄ_ａ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。

また、図２において、スイッチＳ_Ｇｒｉｄが１の位置で、起動時の交流出力電圧制御を
行う。起動制御部３５は、下記の式（１）により、起動時のデューティ比ｄ_ｂを算出する
。式（１）において、Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}は、インバータ５の出力電圧の最大値（出力電
圧の振幅）の指令値を示す。Δφは、インバータ５の出力電圧の位相角と商用系統電圧の
位相角θ_ｕｗ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。また、式（
１）におけるＶ_ｄｃは、制御回路７により検出された直流バス電圧の値を示す。上記のイ
ンバータ５の出力電圧の最大値の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}は、図３に示される、インバ
ータ５の出力電圧の振幅調整処理で算出される。また、式（１）における商用系統電圧の
位相角θ_ｕｗには、ＰＬＬ回路１４で求めた値が用いられる。このように、ＰＬＬ回路１
４で求めた商用系統電圧の位相角θ_ｕｗを用いることにより、インバータ５の出力電圧の
位相角を、商用系統電圧の位相角θ_ｕｗと微小な位相差Δφを有するものとすることが可
能になる。

ＰＷＭ制御部３４は、起動制御部３５で算出されたデューティ比ｄ_ｂに基づいて、この
デューティ比ｄ_ｂ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、起動時に、インバータ５からの出力電圧の振幅が、ほぼ、インバー
タ５の出力電圧の最大値（振幅）の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}に追従する。

本実施形態のパワーコンディショナ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Ｃ_ｆ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、まず
、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、スムーズ
に上記の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、装置の起動時における、出力電圧のフィードバック制御時に、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からの出力電圧の振幅調整制御
ブロックである。具体的には、これらの制御ブロックは、インバータ５からの出力電圧の
最大値（出力電圧の振幅）Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}を、商用系統電圧の最大値（商用系統電圧の
振幅）Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}に合わせる制御を行う。なお、以下の説明において、インバータ５
からの出力電圧を、インバータ出力電圧と略す。

図３において、Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}が、商用系統電圧ｅ_ｕｗの最大値（振幅）、Ｅ_{ｉｎｖ．
ｍａｘ}が、インバータ出力電圧の最大値（振幅）、Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}（ｋ−１）が、ｋ
次のサンプリング周期の一つ前のインバータ出力電圧最大値の指令値である。なお、(k)
は、k次サンプリング周期の値、すなわち現在値を意味する。(k-1)は、現在値から一つ前
のサンプリング値である。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。

先ず、パワーコンディショナ１の制御回路７（主に、振幅調整回路１２）は、上記のイ
ンバータ出力電圧の最大値Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}の初期値、及び上記の一つ前のインバータ出
力電圧最大値の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}（ｋ−１）の初期値を、０に設定する。そして
、制御回路７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ｅ_ｕｗの最大値（振幅）Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}から、その時点におけるインバー
タ出力電圧ｅ_ｉｎｖの最大値Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}を減算して、これらの値の差分値を求める
。比例制御部３７は、上記の差分値に対して、比例ゲインＫ_ｐ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。

次に、制御回路７は、加え合わせ点ＳＰ３において、上記の比例制御部３７からの出力
値と、一つ前のインバータ出力電圧最大値の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}（ｋ−１）とを加
算して、現在のインバータ出力電圧最大値の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}（ｋ）を算出する
。この現在のインバータ出力電圧最大値の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}（ｋ）が、上記式（
１）におけるインバータ出力電圧最大値の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}として、用いられる
。上記のように、比例ゲインＫ_ｐ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、一つ前のインバータ出力電圧最大値の指令値Ｅ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}（ｋ−１）を０か
ら段階的に増加させて、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの最大値（振幅）Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}
を、商用系統電圧ｅ_ｕｗの最大値（振幅）Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}に徐々に追従させることができ
る。

上記のように、Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}とＥ^＊ _{ｉｎｖ．ｍａｘ}（ｋ−１）の初期値を０に設定
した上で、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの最大値（振幅）Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}を、商用系統
電圧ｅ_ｕｗの最大値（振幅）Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}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。

上記のインバータ出力電圧の最大値Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}、及び商用系統電圧ｅ_ｕｗの最大
値Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}の算出式は、下記の式（２）〜（４）である。これらの式において、Ｔ
_ｕｗは、商用系統電圧ｅ_ｕｗの周期である。また、ｆ_ｕｗは、商用系統電圧ｅ_ｕｗの周波
数である。

起動時に、図３に示される振幅調整制御方法で、インバータ出力電圧の最大値 (振幅)
Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}を調整すると共に、制御回路７の位相角調整回路１５が、上記式（１）
を用いて、インバータ出力電圧の位相角と、ＰＬＬ回路１４によって検出された商用系統
電圧ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗとの位相差が、特定の値（Δφ）になるように、インバータ出
力電圧の位相角を調整するようにしたことにより、パワーコンディショナ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、インバータ出力電圧の最大値 (振幅) Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}が急増するのを避けることが
できることを意味する。

次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態のパワーコンディショナ１の起動
時の制御の流れについて、説明する。本パワーコンディショナ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Ｓ_Ｇｒｉｄを１の
位置にし、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗをオフに切り替えて、図３に示される制御処理を
行うことにより、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの振幅を、商用系統電圧ｅ_ｕｗの振幅に合
わせる（Ｓ１）。

上記Ｓ１の振幅調整処理の開始から所定時間が経過して（Ｓ２でＹＥＳ）、インバータ
出力電圧ｅ_ｉｎｖの振幅が、商用系統電圧ｅ_ｕｗの振幅にまで達すると、パワーコンディ
ショナ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５に示
すような、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗのオン・オフの切り替えを行って、系統連系用リ
レーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの断線と溶着とを検知する（図４のＳ３）。

具体的には、図５において、（１）の期間には、制御回路７は、系統連系用リレーＳ_ｕ
、Ｓ_ｗを、いずれも、オフにした状態で、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ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Ｓ_ｕ
のみをオンに切り替えて、系統連系用リレーＳ_ｗをオフにしたままの状態で、系統連系用
リレーＳ_ｗ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Ｓ_ｕをオ
フに、系統連系用リレーＳ_ｗをオンに切り替えて、系統連系用リレーＳ_ｕ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Ｔ_ｄｌｙ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Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗ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Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗ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（の通過電流値推定回路１９）は、出力電圧値検出回路２１
によって検出されたインバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの値に基づいて、下記の式（５）により
、コンデンサＣ_ｆに流れる電流（コンデンサ通過電流）ｉ_ｃの値を推定（算出）する。次
に、制御回路７（の装置出力電流値算出回路２０）が、下記の式（６）により、出力電流
値検出回路１８によって検出されたインバータ出力電流ｉ_ｉｎｖの値と、式（５）によっ
て算出されたコンデンサ通過電流ｉ_ｃの値とに基づいて、パワーコンディショナ１からの
出力電流ｉ_ｓｐの値を算出する。

図５中の（１）の期間において、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの両方が溶着しているか
否かを検知するときには、制御回路７は、式（６）により求めた出力電流ｉ_ｓｐの絶対値
｜ｉ_ｓｐ｜が、下記の式（７）により求めた閾値Ｉ_ｃｈｋ以上であれば、系統連系用リレ
ーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの両方に溶着状態が発生していると判定する。また、図５中の（２）及び（
３）の期間において、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗのいずれか一方のみが溶着しているか
否かを検知するときには、制御回路７は、出力電流ｉ_ｓｐの絶対値｜ｉ_ｓｐ｜を繰返し求
めて、図６に示すように、過去複数回分（例えば、過去３回分）の算出した出力電流の絶
対値｜ｉ_ｓｐ｜が、全て、下記の式（７）により求めた閾値Ｉ_ｃｈｋ以上で、かつ、漸増
していれば、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗのいずれか一方のみに溶着状態が発生している
と判定する。そして、図５中の（１）〜（３）のいずれかの期間において、系統連系用リ
レーＳ_ｕ、Ｓ_ｗに溶着状態が発生していると判定したときは（図４のＳ３でＮＯ）、制御
回路７は、パワーコンディショナ１の運転を停止する（図４のＳ４）。なお、下記の式（
５）は、ＲＣ直列回路の伝達関数として、制御工学の分野で既知であるので、説明を省略
する。

上記の閾値Ｉ_ｃｈｋの算出式（７）における分子（２πｆ_ｕｗＣ_ｆＥ_{ｕｗ．ｍａｘ}（＝
ω_ｕｗＣ_ｆＥ_{ｕｗ．ｍａｘ}））は、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗがオンしたときに、コン
デンサＣ_ｆに流れる電流（コンデンサ通過電流）ｉ_ｃの最大値を示す。なお，式（７）に
おけるｘは、検出レベル用の閾値Ｉ_ｃｈｋの設定係数である。この係数は、ｘ＞１の値に
設定すれば、良いと考える。

ここで、図５中の（２）及び（３）の期間において、過去複数回分の算出した出力電流
ｉ_ｓｐの絶対値が漸増していることを、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの溶着状態の判定条
件に入れた理由は、以下の通りである。すなわち、図５中の（２）及び（３）の期間にお
いて、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗのうちの一方が溶着していると、もう一方の系統連系
用リレーをオンにしたときに、インバータ５が、商用電力系統３と接続するため、インバ
ータ出力電圧ｅ_ｉｎｖと商用系統電圧ｅ_ｕｗとの位相差Δφに起因して、コンデンサＣ_ｆ
への突入電流が発生し、パワーコンディショナ１からの出力電流ｉ_ｓｐに、上記のコンデ
ンサＣ_ｆへの突入電流を主因とする電流値の急上昇が生じるからである。

これに対して、図５中の（１）の期間において、出力電流ｉ_ｓｐの絶対値が漸増してい
ることを、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの溶着状態の判定条件に入れず、出力電流ｉ_ｓｐ
の絶対値｜ｉ_ｓｐ｜が閾値Ｉ_ｃｈｋ以上であることのみを、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ
の溶着状態の判定条件にした理由は、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの両方に溶着状態が発
生している場合には、（１）の期間に入る前から、インバータ５が、商用電力系統３と接
続しているため、（１）の期間に入った瞬間に、コンデンサＣ_ｆへの突入電流を主要因と
する、出力電流ｉ_ｓｐの値の急上昇が発生することはないからである。

また、図５中の（４）の期間において、上記式（５）及び式（６）により求めた出力電
流ｉ_ｓｐの値が、式（７）により求めた閾値Ｉ_ｃｈｋ以下であれば、制御回路７は、系統
連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ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
４のＳ３でＮＯ）、パワーコンディショナ１の運転を停止する（図４のＳ４）。

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Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗを連系状態に切り替えた状
態において、装置出力電流値算出回路２０により算出された出力電流ｉ_ｓｐの値に基づい
て、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの断線を検知し、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗを解列状
態に切り替えた状態において、装置出力電流値算出回路２０により算出された出力電流ｉ
_ｓｐの値に基づいて、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ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。また、特許文献３に
記載されたスイッチング素子の異常を検知する技術を、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの溶
着状態の検知に適用することも可能だが、特許文献３に記載されたように、入力側のコン
デンサ（図１中のコンデンサＣ_ｆに相当）への印加電圧の変化率に基づいて、スイッチン
グ素子（系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗに相当）の短絡状態（溶着状態）を検知する方法で
は、短絡状態検出用の閾値となる、コンデンサへの印加電圧（以下、「コンデンサ電圧」
という）の変化率の設定値が大きい場合には、短絡状態になった瞬間に、電力変換部（イ
ンバータ）のスイッチング素子が、過電流により破壊されてしまう可能性が高い。逆に、
上記の閾値となるコンデンサ電圧の変化率の設定値を小さくすると、ノイズ等により誤検
出してしまう可能性が高くなる。

図４のＳ３の検知処理で、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの溶着又は断線を検知しなかっ
た場合は（Ｓ３でＹＥＳ）、制御回路７（主に、起動制御回路１３）は、スイッチＳ_{Ｇｒ
ｉｄ}を０の位置に、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗをオンにして、系統連系運転を開始する
（Ｓ５）。

上記の本実施形態のパワーコンディショナ１の起動時の制御方法には、２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、インバータ出力電圧の振幅Ｅ_{ｉｎ
ｖ．ｍａｘ}を、徐々に商用系統電圧の振幅Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}に合わせるフィードバック制御
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ｅ_ｕｗがコンデンサＣ_ｆに印加されて、コンデンサＣ_ｆへの印加電圧が急
増するので、コンデンサＣ_ｆ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、インバータ出力電圧の振幅Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}を、徐々に商用系統
電圧の振幅Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}に合わせる制御を行うと、コンデンサＣ_ｆ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Ｃ_ｆ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、系統連系運転を開始する前に、コンデンサＣ_ｆに流れる電流（コンデ
ンサ通過電流）ｉ_ｃの値を推定し、パワーコンディショナ１からの出力電流ｉ_ｓｐの変化
状態を捉えて、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ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。

本実施形態のパワーコンディショナ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Ｃ_ｆ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Ｓ_ｕ、
Ｓ_ｗ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Ｓ_ｗを溶着させた
上で、パワーコンディショナ１の起動時の実験を行った。なお、通常の運用時には、図４
のフローチャートで示されるように、系統連系用リレーＳ_ｗが溶着している場合には、パ
ワーコンディショナ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Ｓ_ｗ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Ｃ_ｆ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Ｃ_ｆへの突入電流の抑制効果と、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ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パワーコンディショナ１において、商用電力系統３
と連系する直前における、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖ及び商用系統電圧ｅ_ｕｗと、系統
連系運転開始時におけるコンデンサＣ_ｆへの突入電流の発生状況とを示す。この図におい
て、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖを一点鎖線で示し、商用系統電圧ｅ_ｕｗを実線で示して
いる。また、図において、パワーコンディショナ１からの出力電流ｉ_ｓｐ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Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗをオンする瞬間に
、パワーコンディショナ１からの出力電流ｉ_ｓｐが、スパイク状の突入電流となった。こ
こで、出力電流ｉ_ｓｐにスパイク状の突入電流が発生した理由は、上記のインバータ出力
電圧ｅ_ｉｎｖと商用系統電圧ｅ_ｕｗ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Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗをオンした瞬間に、インバータ出力電圧ｅ
_ｉｎｖと商用系統電圧との位相差Δφに起因して、コンデンサＣ_ｆ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Ｃ_ｆ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〜ＳＷ４
の最大許容電流を超えないので、インバータ５を含むパワーコンディショナ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Ｓ_ｗ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２及び３に示される起動時の制御方法で、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Ｃ_ｆ
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、本実施形態のパワーコンディショナ１によれば、装置の起動後に、イン
バータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの振幅Ｅ_{ｉｎｖ．ｍａｘ}を、０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ｅ_ｕｗの振幅Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}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Ｃ_ｆに印加される電圧が、０Ｖから商用系統電圧ｅ_ｕｗ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Ｃ_ｆへの突入電流を抑制することができる
。

また、本実施形態のパワーコンディショナ１によれば、制御回路７（の起動制御回路１
３）が、装置の起動後に、位相角調整回路１５によって、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの
位相角と、ＰＬＬ回路１４によって検出された商用系統電圧ｅ_ｕｗの位相角との位相差が
、特定の値（Δφ）になるように、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの位相角を調整してから
、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、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの振幅だけではなく、位相角度も、商用系統電
圧ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗ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、パワーコンディショナ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Ｃ
_ｆ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Ｃ_ｆ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、本実施形態のパワーコンディショナ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Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗを連系状態に切り替えた状態において、装置出力電流
値算出回路２０により算出された出力電流ｉ_ｓｐの値に基づいて、系統連系用リレーＳ_ｕ
、Ｓ_ｗの断線を検知し、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗを解列状態に切り替えた状態におい
て、装置出力電流値算出回路２０により算出された出力電流ｉ_ｓｐの値に基づいて、系統
連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ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Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗ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、請求項における系統連系用スイッチが、１段の系統連系用スイッ
チ（系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ）である場合の例を示したが、本発明における系統連系
用スイッチは、これに限られず、例えば、図８に示すように、系統連系用リレーＳ_ｕ．１
、Ｓ_ｗ．１と保護リレーＳ_ｕ．２、Ｓ_ｗ．２から構成される２段の系統連系用スイッチで
あってもよい。ここで、一般的に、系統連系用の電力変換装置には、各国の系統連系の規
定に従って、系統連系用リレーと保護リレーを設ける必要がある。この保護リレーは、分
散型電源等の故障や系統事故時に、事故除去や事故範囲の局限化を行うためのリレーであ
る。

上記のように、系統連系用スイッチを、２段のリレーにした場合でも、系統連系用リレ
ーＳ_ｕ．１、Ｓ_ｗ．１をオンにした状態で、保護リレーＳ_ｕ．２、Ｓ_ｗ．２のオン・オフ
を、図５と同様な手順で切り替えることにより、上記実施形態における断線・溶着の検知
方法と同様な方法で、保護リレーＳ_ｕ．２、Ｓ_ｗ．２の断線・溶着を検知することができ
る。また、保護リレーＳ_ｕ．２、Ｓ_ｗ．２を両方ともオンにした状態で、系統連系用リレ
ーＳ_ｕ．１、Ｓ_ｗ．１を、図５と同様な手順で切り替えることにより、上記実施形態にお
ける断線・溶着の検知方法と同様な方法で、系統連系用リレーＳ_ｕ．１、Ｓ_ｗ．１の断線
・溶着を検知することができる。

変形例２：
上記の実施形態では、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗの断線・溶着の検知処理において、
通過電流値推定回路１９が、出力電圧値検出回路２１によって検出されたインバータ出力
電圧ｅ_ｉｎｖの値に基づいて、上記の式（５）でコンデンサＣ_ｆに流れるコンデンサ通過
電流ｉ_ｃの値を算出することにより、コンデンサ通過電流ｉ_ｃの値を推定した。けれども
、インバータ出力電圧値とコンデンサ通過電流値とを対応させたＬＵＴ（Ｌｏｏｋ−ｕｐ
Ｔａｂｌｅ）を、予め、制御回路内のメモリに格納しておいて、制御回路が、このＬＵ
Ｔを参照して、コンデンサＣ_ｆに流れるコンデンサ通過電流値を推定してもよい。

変形例３：
上記の実施形態では、図５中の（２）及び（３）の期間において、系統連系用リレーＳ
_ｕ、Ｓ_ｗのいずれか一方のみが溶着しているか否かを検知するときには、系統連系用リレ
ーＳ_ｕ、Ｓ_ｗのいずれかをオフにした状態で（系統連系用リレーを解列状態に切り替えた
状態において）、装置出力電流値算出回路２０によって、パワーコンディショナ１からの
出力電流ｉ_ｓｐの値を繰り返し算出し、過去複数回分の算出した出力電流ｉ_ｓｐの絶対値
が、全て所定の閾値以上で、かつ、漸増しているときに、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗが
溶着状態であると検知（判定）するようにした。けれども、溶着状態の検知方法は、これ
に限られず、例えば、図５中の（１）の期間と同様に、（２）及び（３）の期間において
も、パワーコンディショナからの出力電流値が所定の閾値以上であれば、直ちに、系統連
系用リレーが溶着状態であると判定するようにしてもよい。

変形例４：
上記の実施形態では、系統連系用リレーＳ_ｕ、Ｓ_ｗ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、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖの位相角と、ＰＬＬ回路１４
によって検出された商用系統電圧ｅ_ｕｗの位相角との位相差が、特定の値（Δφ）になる
ように、インバータ出力電圧ｅ_ｉｎｖ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５：
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Ｃ_ｆ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６：
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、パワーコンディショナ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系統連系用電力変換
装置は、これに限られず、例えば、分散型電源及び電力貯蔵装置と一体化した、蓄電ハイ
ブリッド発電システム用の電力変換装置であってもよい。

変形例７：
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 パワーコンディショナ（系統連系用電力変換装置）
２ 太陽電池（分散型電源）
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 ＰＬＬ回路（商用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）
１８ 出力電流値検出回路（出力電流値検出手段）
１９ 通過電流値推定回路（通過電流値推定手段）
２０ 装置出力電流値算出回路（装置出力電流値算出手段）
２１ 出力電圧値検出回路（出力電圧値検出手段）
Ｃ_ｆ コンデンサ
Ｓ_ｕ、Ｓ_ｗ 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、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振幅調整手段と、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、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連系状態に切り替えた状態において、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値に基づいて、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解列状態に切り替えた状態において、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値に基づいて、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、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振幅調整手段と、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、前記インバータからの出力電流値を検出する出力電流値検出手段と、前記コンデンサに流れる電流の値であるコンデンサ通過電流値を推定する通過電流値推定手段と、前記出力電流値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流値と、前記通過電流値推定手段によって推定されたコンデンサ通過電流値とに基づいて、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値を算出する装置出力電流値算出手段と、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連系状態に切り替えた状態において、前記装置出力電流値算出手段により算出された出力電流値に基づいて、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解列状態に切り替えた状態において、前記装置出力電流値算出手段により算出された出力電流値に基づいて、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。
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、前記断線溶着検知手段は、前記系統連系用スイッチを解列状態に切り替えた状態において、前記装置出力電流値算出手段によって、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値を繰り返し算出し、過去複数回分の算出した出力電流値が、全て所定の閾値以上で、かつ、漸増しているときに、前記系統連系用スイッチが溶着状態であると検知し、前記系統連系用スイッチを連系状態に切り替えた状態において、前記装置出力電流値算出手段により算出された出力電流値が所定の閾値以下のときに、前記系統連系用スイッチが断線状態であると検知してもよい。
また、この系統連系用電力変換装置において、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、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さらに備えることが望ましい。
また、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。

本発明の第３の態様によ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、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、０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、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連系状態に切り替えた状態において、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値に基づいて、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解列状態に切り替えた状態において、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値に基づいて、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の態様による系統連系用電力変換装置の起動制御方法は、分散型電源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、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、０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、前記インバータからの出力電流値を検出するステップと、前記コンデンサに流れる電流の値であるコンデンサ通過電流値を推定するステップと、前記検出したインバータからの出力電流値と、前記推定したコンデンサ通過電流値とに基づいて、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値を算出するステップと、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連系状態に切り替えた状態において、前記算出された前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値に基づいて、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解列状態に切り替えた状態において、前記算出された前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値に基づいて、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、０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。

この系統連系用電力変換装置において、前記インバータからの出力電圧値を検出する出力電圧値検出手段をさらに備え、前記通過電流値推定手段は、前記出力電圧値検出手段によって検出された出力電圧値に基づいて、前記コンデンサ通過電流値を算出することにより、前記コンデンサ通過電流値を推定することが望ましい。

Claims (6)

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、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流値を検出する出力電流値検出手段と、
   前記コンデンサに流れる電流の値であるコンデンサ通過電流値を推定する通過電流値推
   定手段と、
   前記出力電流値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流値と、前
   記通過電流値推定手段によって推定されたコンデンサ通過電流値とに基づいて、前記系統
   連系用電力変換装置からの出力電流値を算出する装置出力電流値算出手段と、
   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連系状態に切り替えた状
   態において、前記装置出力電流値算出手段により算出された出力電流値に基づいて、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解列状態に切り替えた状
   態において、前記装置出力電流値算出手段により算出された出力電流値に基づいて、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１又は請求項２に記載の系統連系用電力変換装置。
4. 前記インバータからの出力電圧値を検出する出力電圧値検出手段をさらに備え、
   前記通過電流推定手段は、前記出力電圧値検出手段によって検出された出力電圧値に基
   づいて、前記コンデンサ通過電流値を算出することにより、前記コンデンサ通過電流値を
   推定することを特徴とする請求項３に記載の系統連系用電力変換装置。
5. 前記断線溶着検知手段は、
   前記系統連系用スイッチを解列状態に切り替えた状態において、前記装置出力電流値算
   出手段によって、前記系統連系用電力変換装置からの出力電流値を繰り返し算出し、過去
   複数回分の算出した出力電流値が、全て所定の閾値以上で、かつ、漸増しているときに、
   前記系統連系用スイッチが溶着状態であると検知し、
   前記系統連系用スイッチを連系状態に切り替えた状態において、前記装置出力電流値算
   出手段により算出された出力電流値が所定の閾値以下のときに、前記系統連系用スイッチ
   が断線状態であると検知することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の系統連系用
   電力変換装置。
6. 分散型電源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、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、０
   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、系統連系用電力変換装置の起動制御方法。

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