JP2018007366A - 系統連系制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電装置を構成する電力変換器の構成部品の耐圧の低下と、電力変換器の小型化との両立を図ることが可能な系統連系制御装置を提供する。【解決手段】本発明の系統連系制御装置によれば、制御装置(18)は、発電装置制御部(41)および出力選択部(42)を備える。発電装置制御部(41)は、第一相および第二相の定格電圧と同じ電圧の交流電力を電力変換器に出力させる。出力選択部(42)は、交流電力の出力先として第一相または第二相を選択して、選択された出力相に交流電力を出力させる。【選択図】図4
Description
本発明は、単相三線式の配電線に接続されている負荷に対して発電装置の電力変換器から出力された交流電力を出力する系統連系制御装置に関する。
上記発明の一例として、特許文献1および特許文献2に記載の発明が挙げられる。特許文献1に記載の電力供給システムは、電力供給装置と発電装置とを備えている。電力供給装置は、第1インバータ部と、第2インバータ部と、オートトランスとを備えており、単相3線式配電線によって接続された負荷に交流電力を供給する。発電装置は、一方の出力端が第1電圧線に接続され、他方の出力端が第2電圧線に接続された発電部を備えている。これらにより、特許文献1に記載の発明は、負荷不平衡時に、オートトランスによって余剰電力を負荷に伝送して、第1インバータ部または第2インバータ部に逆潮流電流が流れ込むことを回避しようとしている。
特許文献2に記載の表示装置は、入力部と、記憶部と、電力情報作成部と、表示部とを備える。入力部には、単相3線式電力線の第1相に出力された第1の交流電力に関する情報と、単相3線式電力線の第2相に出力された第2の交流電力に関する情報とが入力される。記憶部は、第1相に出力可能な第1の所定電力と、第2相に出力可能な第2の所定電力とを記憶する。電力情報作成部は、入力部に入力された第1の交流電力および第2の交流電力に関する情報と、第1の所定電力および第2の所定電力から電力情報を作成する。表示部は、所定電力と交流電力との比較結果を含む電力情報を表示する。また、特許文献2に記載のパワーコンディショナの第1の端子および第2の端子は、単相3線式電力線の第1相に第1の交流電力を出力し、第3の端子および第2の端子は、単相3線式電力線の第2相に第2の交流電力を出力する。これらにより、特許文献2に記載の発明は、パワーコンディショナに接続される負荷が適切に選択されるように、利用者に促そうとしている。
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、発電装置は、第1電圧線と第2電圧線との間に交流電力を供給する。そのため、特許文献1に記載の発電装置は、第1電圧線と中性線との間の電圧または第2電圧線と中性線との間の電圧の二倍の電圧の交流電力を出力することになる。よって、発電装置における昇圧比が増加し、構成部品の高耐圧化、大型化および製造コストの上昇を招く可能性がある。また、特許文献1に記載の発明では、電力供給装置は、複数の電力変換器(第1インバータ部および第2インバータ部)と、オートトランスとが必要であり、電力供給システムの大型化および製造コストの上昇を招く可能性がある。
一方、特許文献2に記載の発明では、パワーコンディショナは、第1の交流電力および第2の交流電力の両方を出力する。そのため、パワーコンディショナの第1の端子と第3の端子との間の端子間電圧は、特許文献1に記載の発電装置と同様に高電圧になる。よって、特許文献2に記載の発明は、特許文献1に記載の発明と同様に、構成部品の高耐圧化、大型化および製造コストの上昇を招く可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、発電装置を構成する電力変換器の構成部品の耐圧の低下と、電力変換器の小型化との両立を図ることが可能な系統連系制御装置を提供することを課題とする。
本発明に係る系統連系制御装置は、直流電力を出力する直流電源と、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続されている負荷に出力する電力変換器とを備える発電装置と、前記発電装置の前記負荷への出力を制御する制御装置と、を具備し、前記系統電源の電力系統と前記負荷との間が、第一電線、第二電線および中性線を備える単相三線式の配電線によって接続されており、前記電力変換器から出力された前記交流電力が前記配電線を介して前記負荷に出力される系統連系制御装置であって、前記第一電線と前記中性線との間を第一相とし、前記第二電線と前記中性線との間を第二相とし、前記中性線を前記第一相および前記第二相の基準電位とするときに、前記制御装置は、前記第一相および前記第二相の定格電圧と同じ電圧の前記交流電力を前記電力変換器に出力させる発電装置制御部と、前記交流電力の出力先として前記第一相または前記第二相を選択して、前記選択された出力相に前記交流電力を出力させる出力選択部と、を備える。
本発明に係る系統連系制御装置によれば、制御装置は、発電装置制御部を備える。そのため、本発明に係る系統連系制御装置は、発電装置の電力変換器が第一電線と第二電線との間に交流電力を出力する場合と比べて、電力変換器の出力電圧を半減することができ、発電装置を構成する電力変換器の構成部品の耐圧を低下させることができる。また、制御装置は、出力選択部を備える。そのため、本発明に係る系統連系制御装置は、第一相および第二相の両方に交流電力を供給する場合と比べて、電力変換器の小型化を図ることができる。このように、本発明に係る系統連系制御装置は、発電装置を構成する電力変換器の構成部品の耐圧の低下と、電力変換器の小型化との両立を図ることができる。
以下、本実施形態の系統連系制御装置100を図面に基づいて説明する。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
<系統連系制御装置100の構成>
図1に示すように、本実施形態の系統連系制御装置100は、発電装置1と、制御装置18とを具備している。また、系統電源20の電力系統22と負荷30との間は、配電線21によって接続されている。配電線21は、単相三線式の配電線であり、第一電線21a、第二電線21bおよび中性線21cを備えている。本明細書では、第一電線21aと中性線21cとの間を第一相とし、第二電線21bと中性線21cとの間を第二相とする。中性線21cは、第一相および第二相の基準電位であり、接地されている。なお、第一相に接続される負荷30を第一負荷31とし、第二相に接続される負荷30を第二負荷32とする。
図1に示すように、本実施形態の系統連系制御装置100は、発電装置1と、制御装置18とを具備している。また、系統電源20の電力系統22と負荷30との間は、配電線21によって接続されている。配電線21は、単相三線式の配電線であり、第一電線21a、第二電線21bおよび中性線21cを備えている。本明細書では、第一電線21aと中性線21cとの間を第一相とし、第二電線21bと中性線21cとの間を第二相とする。中性線21cは、第一相および第二相の基準電位であり、接地されている。なお、第一相に接続される負荷30を第一負荷31とし、第二相に接続される負荷30を第二負荷32とする。
図2に示すように、発電装置1は、直流電源10と、電力変換器11と、電路切り替え器15と、開閉器16と、検出器17とを備えている。また、電力変換器11は、コンバータ12と、コンデンサ13と、インバータ14とを備えている。さらに、図1および図2に示すように、検出器17は、直流電圧検出器17aと、第一電圧検出器17bと、第二電圧検出器17cと、第一電流検出器17dと、第二電流検出器17eとを備えている。以下、系統連系制御装置100の構成について、詳細に説明する。
(直流電源10)
直流電源10は、直流電力を出力する。直流電源10は、直流電力を出力することができれば良く、限定されない。直流電源10として、例えば、燃料電池を用いることができる。燃料電池は、燃料と酸化剤ガスとによって発電する分散電源であり、例えば、公知の固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)などの種々の燃料電池を用いることができる。
直流電源10は、直流電力を出力する。直流電源10は、直流電力を出力することができれば良く、限定されない。直流電源10として、例えば、燃料電池を用いることができる。燃料電池は、燃料と酸化剤ガスとによって発電する分散電源であり、例えば、公知の固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)などの種々の燃料電池を用いることができる。
また、直流電源10は、燃料電池以外の分散電源(例えば、太陽光発電装置)を用いることもできる。さらに、直流電源10は、ガスエンジン発電機などを用いることもできる。直流電源10としてガスエンジン発電機を用いる場合、交流発電機が出力する交流電力をダイオードブリッジ等の公知の平滑回路で整流して、直流電力を生成する。図2に示すように、直流電源10は、出力側端子10a,10bを備えている。出力側端子10aは、直流電源10の正極(+)に接続されており、出力側端子10bは、直流電源10の負極(−)に接続されている。また、直流電源10の出力状態(出力電力等の情報)は、後述する制御装置18に送信される。
(電力変換器11)
電力変換器11は、直流電源10から出力された直流電力を交流電力に変換して系統電源20に接続されている負荷30に出力する。本実施形態では、電力変換器11は、直流電源10から出力された直流電力を昇圧し、昇圧された直流電力を交流電力に変換して、負荷30に出力する。そのため、電力変換器11は、コンバータ12と、コンデンサ13と、インバータ14とを備えている。
電力変換器11は、直流電源10から出力された直流電力を交流電力に変換して系統電源20に接続されている負荷30に出力する。本実施形態では、電力変換器11は、直流電源10から出力された直流電力を昇圧し、昇圧された直流電力を交流電力に変換して、負荷30に出力する。そのため、電力変換器11は、コンバータ12と、コンデンサ13と、インバータ14とを備えている。
(コンバータ12およびコンデンサ13)
コンバータ12は、直流電源10から出力された直流電力を昇圧して、インバータ14に出力する。コンバータ12は、入力側端子12a,12bおよび出力側端子12c,12dを備えている。直流電源10の出力側端子10aと、コンバータ12の入力側端子12aとの間には、電路19aが形成されている。また、直流電源10の出力側端子10bと、コンバータ12の入力側端子12bとの間には、電路19bが形成されている。直流電源10から出力された直流電力は、電路19a,19bを介してコンバータ12に入力される。そして、コンバータ12によって昇圧された直流電力は、出力側端子12c,12dから出力される。電路19a,19bは、例えば、公知の電力用電線を用いることができる。このことは、後述する機器と機器との間を接続する電路についても同様である。
コンバータ12は、直流電源10から出力された直流電力を昇圧して、インバータ14に出力する。コンバータ12は、入力側端子12a,12bおよび出力側端子12c,12dを備えている。直流電源10の出力側端子10aと、コンバータ12の入力側端子12aとの間には、電路19aが形成されている。また、直流電源10の出力側端子10bと、コンバータ12の入力側端子12bとの間には、電路19bが形成されている。直流電源10から出力された直流電力は、電路19a,19bを介してコンバータ12に入力される。そして、コンバータ12によって昇圧された直流電力は、出力側端子12c,12dから出力される。電路19a,19bは、例えば、公知の電力用電線を用いることができる。このことは、後述する機器と機器との間を接続する電路についても同様である。
コンバータ12は、リアクトル12e、ダイオード12fおよびスイッチング素子12gを備えている。これらの素子は、公知の電力用デバイスを用いることができる。例えば、スイッチング素子12gは、公知の電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)などを用いることができる。
コンバータ12の入力側端子12aと出力側端子12cとの間には、電路19cが形成されている。また、コンバータ12の入力側端子12bと出力側端子12dとの間には、電路19dが形成されている。電路19cには、入力側端子12a側から順に、リアクトル12e、ダイオード12fが設けられている。また、リアクトル12eとダイオード12fとの間の電路19cには、接続点12hが設けられており、接続点12hには、スイッチング素子12gのドレイン12g1が接続されている。スイッチング素子12gのソース12g2は、電路19dに設けられる接続点12iに接続されており、接続点12hと接続点12iとの間には、電路19eが形成されている。なお、スイッチング素子12gのゲート12g3は、駆動回路18eを介して、後述する制御装置18に接続されている。駆動回路18eは、公知のドライバ回路を用いることができる。また、コンバータ12は、直流電源10から出力された直流電力を昇圧することができれば良く、上述の構成に限定されるものではない。例えば、コンバータ12は、公知の高周波トランスを用いて構成することもできる。
コンバータ12の出力側端子12cと、インバータ14の入力側端子14aとの間には、電路19fが形成されている。また、コンバータ12の出力側端子12dと、インバータ14の入力側端子14bとの間には、電路19gが形成されている。電路19fと電路19gとの間には、コンデンサ13および直流電圧検出器17aが設けられている。
電路19fには、接続点13aが設けられており、接続点13aには、コンデンサ13の一端側(正極側)が接続されている。電路19gには、接続点13bが設けられており、接続点13bには、コンデンサ13の他端側(負極側)が接続されている。コンデンサ13は、公知の電解コンデンサを用いることができ、コンバータ12によって昇圧された直流電力のリップルを低減することができる。直流電圧検出器17aは、コンバータ12によって昇圧された直流電力の直流電圧を検出する。具体的には、直流電圧検出器17aは、インバータ14の入力側端子14a,14b間に印加される直流電圧を検出する。
直流電圧検出器17aは、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって電路19fと電路19gとの間の直流電圧Vdcを分圧して、分圧された電圧値に基づいてインバータ14の入力側端子14a,14b間に印加される直流電圧Vdcを検出することができる。具体的には、上述した抵抗器によって分圧された直流電圧は、制御装置18に入力される。そして、制御装置18は、公知のA/D変換器(図示略)などによって分圧された直流電圧を知得し、インバータ14の入力側端子14a,14b間に印加される直流電圧Vdcを算出することができる。
制御装置18は、出力電力の目標値に基づいて、コンバータ12を駆動させるスイッチング素子12gの制御信号であるパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)信号のデューティ比を決定する。制御装置18は、ドライバ回路である駆動回路18eを介して、当該デューティ比に基づくパルス信号をスイッチング素子12gのゲート12g3に付与する。例えば、スイッチング素子12gのゲート12g3に付与される電圧がハイレベル(所定電圧値を超えている状態)のときには、スイッチング素子12gのドレイン12g1とソース12g2との間が電気的に導通された状態になり、リアクトル12eに電磁エネルギーが蓄えられる。
スイッチング素子12gのゲート12g3に付与される電圧がローレベル(所定電圧値以下の状態)のときには、スイッチング素子12gのドレイン12g1とソース12g2との間が電気的に遮断された状態になり、リアクトル12eに蓄えられた電磁エネルギーがコンデンサ13に充電されて、コンバータ12の出力電力は増大する。このようにして、制御装置18は、コンバータ12の出力電力を所望の電力値(出力電力の目標値)に制御することができる。
(インバータ14)
インバータ14は、コンバータ12によって昇圧された直流電力を交流電力に変換して系統電源20に接続されている負荷30に出力する。インバータ14は、入力側端子14a,14bおよび出力側端子14c,14dを備えている。また、インバータ14は、複数(本実施形態では、4つ)のスイッチング素子(第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14h)を備えている。第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hは、コンバータ12のスイッチング素子12gと同様に、公知の電界効果トランジスタ(FET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などを用いることができる。
インバータ14は、コンバータ12によって昇圧された直流電力を交流電力に変換して系統電源20に接続されている負荷30に出力する。インバータ14は、入力側端子14a,14bおよび出力側端子14c,14dを備えている。また、インバータ14は、複数(本実施形態では、4つ)のスイッチング素子(第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14h)を備えている。第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hは、コンバータ12のスイッチング素子12gと同様に、公知の電界効果トランジスタ(FET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などを用いることができる。
図2に示すように、インバータ14の入力側端子14aと、第一スイッチング素子14eのドレイン14e1と、第三スイッチング素子14gのドレイン14g1との間には、電路19hが形成されている。また、インバータ14の入力側端子14bと、第二スイッチング素子14fのソース14f2と、第四スイッチング素子14hのソース14h2との間には、電路19iが形成されている。
第一スイッチング素子14eおよび第二スイッチング素子14fは、電路19hと電路19iとの間において直列接続されており、第一スイッチング素子14eのソース14e2と、第二スイッチング素子14fのドレイン14f1との間には、電路19jが形成されている。また、第三スイッチング素子14gおよび第四スイッチング素子14hは、電路19hと電路19iとの間において直列接続されており、第三スイッチング素子14gのソース14g2と、第四スイッチング素子14hのドレイン14h1との間には、電路19kが形成されている。つまり、直列接続された第一スイッチング素子14eおよび第二スイッチング素子14fと、直列接続された第三スイッチング素子14gおよび第四スイッチング素子14hとは、電路19hと電路19iとの間において並列接続されている。
電路19jには、接続点14iが設けられており、接続点14iと、インバータ14の出力側端子14cとの間には、電路19lが形成されている。また、電路19kには、接続点14jが設けられており、接続点14jとインバータ14の出力側端子14dとの間には、電路19mが形成されている。以上のようにして、第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hは、フルブリッジ接続されている。
第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hの各ゲート14e3〜14h3は、駆動回路18fを介して、制御装置18に接続されている。駆動回路18fは、公知のドライバ回路を用いることができる。第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hは、制御装置18から出力される駆動信号(開閉信号)に基づいて駆動制御される。
例えば、第一スイッチング素子14eのゲート14e3に付与される電圧がハイレベル(所定電圧値を超えている状態)のときには、第一スイッチング素子14eのドレイン14e1とソース14e2との間が電気的に導通された状態になる。一方、第一スイッチング素子14eのゲート14e3に付与される電圧がローレベル(所定電圧値以下の状態)のときには、第一スイッチング素子14eのドレイン14e1とソース14e2との間が電気的に遮断された状態になる。以上のことは、第二スイッチング素子14f〜第四スイッチング素子14hについても同様である。制御装置18は、例えば、パルス幅変調(PWM)制御によりデューティ比を可変して、当該デューティ比に基づいて第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hを開閉制御することができる。
インバータ14は、第一スイッチング素子14eおよび第四スイッチング素子14hの両方が電気的に導通された状態であり、かつ、第二スイッチング素子14fおよび第三スイッチング素子14gの両方が電気的に遮断された状態である第一状態と、第一スイッチング素子14eおよび第四スイッチング素子14hの両方が電気的に遮断された状態であり、かつ、第二スイッチング素子14fおよび第三スイッチング素子14gの両方が電気的に導通された状態である第二状態とを交互に繰り返すことによって、インバータ14の入力側端子14a,14bから入力された直流電力を交流電力に変換することができる。
なお、インバータ14の出力側端子14c,14dには、公知のフィルタ回路を設けることができる。フィルタ回路は、例えば、公知のLC回路を用いることができる。これにより、インバータ14の出力側端子14c,14dから出力されるインバータ14の出力電流に含まれる高調波成分が低減され、インバータ14の出力電流が正弦波状に整形される。
図1および図2に示すように、系統電源20の電力系統22と、負荷30との間は、第一電線21a、第二電線21bおよび中性線21cを備える単相三線式の配電線21によって接続されている。電力変換器11(本実施形態では、インバータ14)から出力された交流電力は、配電線21を介して負荷30に出力される。また、系統電源20の交流電力は、電力系統22および配電線21を介して、負荷30に供給される。負荷30は、第一電線21aと中性線21cとの間の第一相に接続される第一負荷31と、第二電線21bと中性線21cとの間の第二相に接続される第二負荷32との二種類を備えている。第一負荷31は、一つであっても複数であっても良い。このことは、第二負荷32についても同様である。なお、系統電源20として、例えば、電力会社が保有する配電線網から供給される商用の交流電源が挙げられる。また、負荷30は、電力を駆動源とする負荷であり、例えば、家庭用電気機器(家電製品など)、産業用電気機器(ロボットなど)などが挙げられる。
(電路切り替え器15)
図1および図2に示すように、交流電力が出力される電力変換器11の二つの出力側端子(本実施形態では、インバータ14の出力側端子14c,14d)のうちの一方の出力側端子14dは、開閉器16および接続点21c0を介して、中性線21cと接続されている。また、電力変換器11の二つの出力側端子(本実施形態では、インバータ14の出力側端子14c,14d)のうちの他方の出力側端子14cは、電路切り替え器15、開閉器16および接続点21a0を介して第一電線21aと接続可能、または、電路切り替え器15、開閉器16および接続点21b0を介して第二電線21bと接続可能になっている。本明細書では、出力側端子14cと第一電線21aとの間の電路を第一電路23fという。また、出力側端子14cと第二電線21bとの間の電路を第二電路23sという。さらに、出力側端子14dと中性線21cとの間の電路を第三電路23tという。
図1および図2に示すように、交流電力が出力される電力変換器11の二つの出力側端子(本実施形態では、インバータ14の出力側端子14c,14d)のうちの一方の出力側端子14dは、開閉器16および接続点21c0を介して、中性線21cと接続されている。また、電力変換器11の二つの出力側端子(本実施形態では、インバータ14の出力側端子14c,14d)のうちの他方の出力側端子14cは、電路切り替え器15、開閉器16および接続点21a0を介して第一電線21aと接続可能、または、電路切り替え器15、開閉器16および接続点21b0を介して第二電線21bと接続可能になっている。本明細書では、出力側端子14cと第一電線21aとの間の電路を第一電路23fという。また、出力側端子14cと第二電線21bとの間の電路を第二電路23sという。さらに、出力側端子14dと中性線21cとの間の電路を第三電路23tという。
電路切り替え器15は、第一電路23fと第二電路23sとを切り替える。電路切り替え器15は、第一電路23fと第二電路23sとを切り替えることができれば良く、限定されない。電路切り替え器15は、例えば、公知のリレー(継電器)、マルチプレクサなどを用いることができる。本実施形態では、電路切り替え器15は、c接点リレーであり、入力側接点15a、第一出力側接点15bおよび第二出力側接点15cを備えている。なお、電路切り替え器15は、a接点リレーとb接点リレーとを組み合わせて、c接点リレーと同様の構成にすることもできる。
電路切り替え器15は、駆動回路18gを介して、制御装置18に接続されている。駆動回路18gは、公知のドライバ回路を用いることができる。電路切り替え器15は、制御装置18から出力される駆動信号に基づいて駆動制御される。具体的には、電路切り替え器15は、制御装置18から第一電路23fを形成する旨の指令を受けると、入力側接点15aと第一出力側接点15bとの間を接続する。一方、電路切り替え器15は、制御装置18から第二電路23sを形成する旨の指令を受けると、入力側接点15aと第二出力側接点15cとの間を接続する。
(開閉器16)
開閉器16は、系統電源20の電力系統22に対して発電装置1を並列または解列する。図1に示すように、系統電源20の電力系統22と発電装置1との間は、配電線21を介して接続されている。また、図2に示すように、発電装置1の電力変換器11(インバータ14)と配電線21との間は、第一電路23fおよび第三電路23tの両方、または、第二電路23sおよび第三電路23tの両方を介して接続可能になっている。開閉器16は、第一電路23f、第二電路23sおよび第三電路23tを同時に開閉することができれば良く、限定されない。開閉器16は、例えば、公知の常開型の開閉器を用いることができる。
開閉器16は、系統電源20の電力系統22に対して発電装置1を並列または解列する。図1に示すように、系統電源20の電力系統22と発電装置1との間は、配電線21を介して接続されている。また、図2に示すように、発電装置1の電力変換器11(インバータ14)と配電線21との間は、第一電路23fおよび第三電路23tの両方、または、第二電路23sおよび第三電路23tの両方を介して接続可能になっている。開閉器16は、第一電路23f、第二電路23sおよび第三電路23tを同時に開閉することができれば良く、限定されない。開閉器16は、例えば、公知の常開型の開閉器を用いることができる。
開閉器16は、駆動回路18hを介して、制御装置18に接続されている。駆動回路18hは、公知のドライバ回路を用いることができる。開閉器16は、制御装置18によって開閉制御されて、開状態または閉状態に切り替えられる。開状態とは、第一電路23f、第二電路23sおよび第三電路23tが、いずれも電気的に遮断された状態をいう。閉状態とは、第一電路23f、第二電路23sおよび第三電路23tが、それぞれ電気的に導通可能にされた状態をいう。制御装置18は、開閉器16を開状態から閉状態に切り替えることにより、系統電源20の電力系統22に対して、発電装置1を並列させることができる。一方、制御装置18は、開閉器16を閉状態から開状態に切り替えることにより、電力系統22から発電装置1を解列させることができる。
開閉器16は、第一開閉器16aと、第二開閉器16bと、第三開閉器16cとを備えている。第一開閉器16aは、第一電路23fを開閉する。第二開閉器16bは、第二電路23sを開閉する。第三開閉器16cは、第三電路23tを開閉する。制御装置18から開状態を形成する旨の指令を受けると、第一開閉器16aは、入力側接点16a1と出力側接点16a2との間を機械的および電気的に絶縁して第一電路23fを開状態にする。同時に、第二開閉器16bは、入力側接点16b1と出力側接点16b2との間を機械的および電気的に絶縁して第二電路23sを開状態にする。同時に、第三開閉器16cは、入力側接点16c1と出力側接点16c2との間を機械的および電気的に絶縁して第三電路23tを開状態にする。
一方、制御装置18から閉状態を形成する旨の指令を受けると、第一開閉器16aは、入力側接点16a1と出力側接点16a2との間を機械的および電気的に接続して第一電路23fを閉状態にする。同時に、第二開閉器16bは、入力側接点16b1と出力側接点16b2との間を機械的および電気的に接続して第二電路23sを閉状態にする。同時に、第三開閉器16cは、入力側接点16c1と出力側接点16c2との間を機械的および電気的に接続して第三電路23tを閉状態にする。
(検出器17)
図1および図2に示すように、検出器17は、直流電圧検出器17aと、第一電圧検出器17bと、第二電圧検出器17cと、第一電流検出器17dと、第二電流検出器17eとを備えている。直流電圧検出器17aは、既述したとおりであり、重複した説明を省略する。図2に示すように、第一電圧検出器17bは、第一相電圧V1を検出する。第二電圧検出器17cは、第二相電圧V2を検出する。第一相電圧V1は、第一電線21aと中性線21cとの間の第一相の電圧をいう。第二相電圧V2は、第二電線21bと中性線21cとの間の第二相の電圧をいう。第一電圧検出器17bおよび第二電圧検出器17cは、公知の電圧検出器を用いることができる。第一電圧検出器17bは、例えば、第一相電圧V1を変圧器によって降圧して、降圧された電圧値に基づいて、第一相電圧V1を算出することができる。このことは、第二相電圧V2についても同様である。
図1および図2に示すように、検出器17は、直流電圧検出器17aと、第一電圧検出器17bと、第二電圧検出器17cと、第一電流検出器17dと、第二電流検出器17eとを備えている。直流電圧検出器17aは、既述したとおりであり、重複した説明を省略する。図2に示すように、第一電圧検出器17bは、第一相電圧V1を検出する。第二電圧検出器17cは、第二相電圧V2を検出する。第一相電圧V1は、第一電線21aと中性線21cとの間の第一相の電圧をいう。第二相電圧V2は、第二電線21bと中性線21cとの間の第二相の電圧をいう。第一電圧検出器17bおよび第二電圧検出器17cは、公知の電圧検出器を用いることができる。第一電圧検出器17bは、例えば、第一相電圧V1を変圧器によって降圧して、降圧された電圧値に基づいて、第一相電圧V1を算出することができる。このことは、第二相電圧V2についても同様である。
図1に示すように、第一電流検出器17dは、発電装置1が接続される接続点21a0より系統電源20側の第一電線21aに設けられており、第一相の交流電流を検出する。第一電流検出器17dは、第一相の交流電流の電流値(実効値)および電流方向(系統電源20から第一負荷31に流入する方向または発電装置1から系統電源20に流出する方向)を検出することができる。同様に、第二電流検出器17eは、発電装置1が接続される接続点21b0より系統電源20側の第二電線21bに設けられており、第二相の交流電流を検出する。第二電流検出器17eは、第二相の交流電流の電流値(実効値)および電流方向(系統電源20から第二負荷32に流入する方向または発電装置1から系統電源20に流出する方向)を検出することができる。
第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eは、公知の電流検出器を用いることができる。第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eは、例えば、公知のクランプ式電流検出器、ホール素子を配設した電流検出器などを用いることができる。クランプ式電流検出器は、リング状コアの貫通穴に被検出電線を配設し、リング状コアに巻装されたコイルに発生する電圧から電流を検出する。ホール素子を配設した電流検出器は、リング状コアの貫通穴に被検出電線を配設し、被検出電流によって発生した磁界に対応する電圧から電流を検出する。いずれの電流検出器も正規の接続方向があり、逆方向に接続すると、出力値の極性(正値または負値)が逆転する。
なお、検出器17は、既述した検出器に限定されるものではなく、系統連系制御において用いられる種々の検出器を備えることができる。また、検出器17の各検出値は、制御装置18に送信される。
(制御装置18)
図3に示すように、制御装置18は、公知の中央演算装置18aと、記憶装置18bと、入出力インターフェース18cとを備えており、これらは、バス18dを介して電気的に接続されている。制御装置18は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、外部機器との間で、入出力信号の授受を行うことができる。
図3に示すように、制御装置18は、公知の中央演算装置18aと、記憶装置18bと、入出力インターフェース18cとを備えており、これらは、バス18dを介して電気的に接続されている。制御装置18は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、外部機器との間で、入出力信号の授受を行うことができる。
中央演算装置18aは、CPU:Central Processing Unitであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置18bは、第一記憶装置18b1および第二記憶装置18b2を備えている。第一記憶装置18b1は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置(RAM:Random Access Memory)であり、第二記憶装置18b2は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置(ROM:Read Only Memory)である。入出力インターフェース18cは、外部機器との間で、入出力信号の授受を行う。
例えば、中央演算装置18aは、第二記憶装置18b2に記憶されているインバータ14の駆動制御プログラムを第一記憶装置18b1に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。中央演算装置18aは、当該駆動制御プログラムに基づいて、インバータ14の駆動信号(第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hの開閉信号)を生成する。生成された駆動信号は、入出力インターフェース18cおよび駆動回路18fを介して、インバータ14の第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hの各ゲート14e3〜14h3に付与される。このようにして、インバータ14は、制御装置18によって駆動制御される。以上のことは、コンバータ12についても同様であり、コンバータ12は、制御装置18によって駆動制御される。また、制御装置18は、発電装置1の負荷30への出力を制御する。
<系統連系制御装置100による制御>
図4に示すように、制御装置18は、制御ブロックとして捉えると、発電装置制御部41と、出力選択部42と、電流検出器判別部43とを備えている。以下、系統連系制御装置100による制御について、詳細に説明する。
図4に示すように、制御装置18は、制御ブロックとして捉えると、発電装置制御部41と、出力選択部42と、電流検出器判別部43とを備えている。以下、系統連系制御装置100による制御について、詳細に説明する。
(発電装置制御部41)
発電装置制御部41は、第一相および第二相の定格電圧と同じ電圧の交流電力を電力変換器11に出力させる。第一相および第二相の定格電圧は、第一電線21aと第二電線21bとの間の定格電圧と比べて半減する。第一相および第二相の定格電圧は、例えば、実効値100Vであり、第一電線21aと第二電線21bとの間の定格電圧は、例えば、実効値200Vである。この場合、図2に示す直流電圧Vdcは、例えば、360V程度から180V程度まで半減させることができる。
発電装置制御部41は、第一相および第二相の定格電圧と同じ電圧の交流電力を電力変換器11に出力させる。第一相および第二相の定格電圧は、第一電線21aと第二電線21bとの間の定格電圧と比べて半減する。第一相および第二相の定格電圧は、例えば、実効値100Vであり、第一電線21aと第二電線21bとの間の定格電圧は、例えば、実効値200Vである。この場合、図2に示す直流電圧Vdcは、例えば、360V程度から180V程度まで半減させることができる。
そのため、例えば、直流電源10である燃料電池の定格出力時の直流電圧が約60Vであるとすると、コンバータ12の昇圧比は、6倍から3倍に半減する。その結果、コンバータ12のリアクトル12eのターン数を低減することができ、損失低減による効率の向上、コンバータ12の小型化および製造コストの低減を図ることができる。このことは、高周波トランスを用いてコンバータ12を構成する場合についても、同様に言える。また、直流電圧Vdcが概ね半減するので、電力変換器11を構成する構成部品(例えば、コンデンサ13など)の耐圧を低減することができる。
発電装置制御部41は、コンバータ12の出力電力の目標値に基づいて、コンバータ12を駆動させるスイッチング素子12gの制御信号であるパルス幅変調(PWM)信号のデューティ比を算出する。当該デューティ比は、上述した直流電圧Vdc(半減された直流電圧)の検出値を用いて算出される。発電装置制御部41は、図2に示す駆動回路18eを介して、当該デューティ比に基づくパルス信号をスイッチング素子12gのゲート12g3に付与する。これにより、発電装置制御部41は、コンバータ12の出力電力を所望の電力値(出力電力の目標値)に制御することができる。
また、発電装置制御部41は、インバータ14の出力電流目標値に基づいて、インバータ14の駆動信号(第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hの開閉信号)を生成する。発電装置制御部41には、例えば、インバータ14の出力電流目標値と、インバータ14の出力電流検出値と、系統電源20の系統電圧検出値と、上述した直流電圧Vdc(半減された直流電圧)の検出値と、スイッチングモードとが入力される。発電装置制御部41は、これらの入力値から、例えば、フィードフォワード制御によってインバータ14の出力電圧目標値を算出することができる。
なお、インバータ14の出力電流目標値は、インバータ14を電流制御する際の目標値である。インバータ14の出力電流は、公知の電流検出器(図示略)によって検出することができる。また、系統電源20の系統電圧は、第一電圧検出器17bによって検出される第一相電圧V1または第二電圧検出器17cによって検出される第二相電圧V2を用いることができる。さらに、直流電圧Vdcは、既述したように、直流電圧検出器17aによって検出される。
また、スイッチングモードは、インバータ14の出力電流の極性(正値または負値)に対応して予め設定されており、第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14hの各開閉状態が定められている。例えば、インバータ14の出力電流が正値のときには、第一スイッチング素子14eおよび第四スイッチング素子14hの両方が電気的に導通された状態であり、かつ、第二スイッチング素子14fおよび第三スイッチング素子14gの両方が電気的に遮断された状態である第一状態に設定される。このとき、第一スイッチング素子14eおよび第四スイッチング素子14hのうちの少なくとも一方は、パルス幅変調(PWM)制御により制御される。
一方、インバータ14の出力電流が負値のときには、第一スイッチング素子14eおよび第四スイッチング素子14hの両方が電気的に遮断された状態であり、かつ、第二スイッチング素子14fおよび第三スイッチング素子14gの両方が電気的に導通された状態である第二状態に設定される。このとき、第二スイッチング素子14fおよび第三スイッチング素子14gのうちの少なくとも一方は、パルス幅変調(PWM)制御により制御される。
発電装置制御部41は、スイッチングモードに従って、インバータ14の複数(4つ)のスイッチング素子(第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14h)の開閉信号を生成する。具体的には、発電装置制御部41は、インバータ14の出力電圧目標値を、直流電圧Vdcの検出値で除して変調率を算出する。発電装置制御部41は、算出された変調率に基づいて、パルス幅変調(PWM)制御のパルス信号(開閉信号)を生成する。
発電装置制御部41は、図2に示す駆動回路18fを介して、生成されたパルス信号を複数(4つ)のスイッチング素子(第一スイッチング素子14e〜第四スイッチング素子14h)の各ゲート14e3〜14h3に付与する。これにより、発電装置制御部41は、第一相および第二相の定格電圧と同じ電圧の交流電力を電力変換器11に出力させることができる。
(出力選択部42)
出力選択部42は、交流電力の出力先として第一相または第二相を選択して、選択された出力相に交流電力を出力させる。既述したように、本実施形態では、発電装置1は、第一電路23fと第二電路23sとを切り替える電路切り替え器15を備える。そのため、出力選択部42は、出力相が第一相のときに電路切り替え器15に対して第一電路23fを形成させ、出力相が第二相のときに電路切り替え器15に対して第二電路23sを形成させると好適である。
出力選択部42は、交流電力の出力先として第一相または第二相を選択して、選択された出力相に交流電力を出力させる。既述したように、本実施形態では、発電装置1は、第一電路23fと第二電路23sとを切り替える電路切り替え器15を備える。そのため、出力選択部42は、出力相が第一相のときに電路切り替え器15に対して第一電路23fを形成させ、出力相が第二相のときに電路切り替え器15に対して第二電路23sを形成させると好適である。
具体的には、出力相が第一相のときには、電路切り替え器15は、出力選択部42から第一電路23fを形成する旨の指令を受ける。この場合、電路切り替え器15は、図2に示す入力側接点15aと第一出力側接点15bとの間を接続する。なお、開閉器16は、制御装置18から閉状態を形成する旨の指令を受けているものとする。これにより、インバータ14の出力側端子14cと、電路切り替え器15の入力側接点15aと、第一出力側接点15bと、開閉器16の第一開閉器16aの入力側接点16a1と、出力側接点16a2と、第一電線21aの接続点21a0とを経由する第一電路23fが形成される。また、インバータ14の出力側端子14dと、開閉器16の第三開閉器16cの入力側接点16c1と、出力側接点16c2と、中性線21cの接続点21c0とを経由する第三電路23tが形成される。
このように、出力相が第一相のときには、電力変換器11から出力された交流電力は、第一電路23fおよび第三電路23tを介して、配電線21(第一電線21aおよび中性線21c)に出力されて、第一負荷31に出力される。なお、図1に示す接続点21a1は、第一負荷31と第一電線21aとを接続する接続点を示している。また、接続点21c1は、第一負荷31と中性線21cとを接続する接続点を示している。
一方、出力相が第二相のときには、電路切り替え器15は、出力選択部42から第二電路23sを形成する旨の指令を受ける。この場合、電路切り替え器15は、図2に示す入力側接点15aと第二出力側接点15cとの間を接続する。なお、開閉器16は、制御装置18から閉状態を形成する旨の指令を受けているものとする。これにより、インバータ14の出力側端子14cと、電路切り替え器15の入力側接点15aと、第二出力側接点15cと、開閉器16の第二開閉器16bの入力側接点16b1と、出力側接点16b2と、第二電線21bの接続点21b0とを経由する第二電路23sが形成される。また、インバータ14の出力側端子14dと、開閉器16の第三開閉器16cの入力側接点16c1と、出力側接点16c2と、中性線21cの接続点21c0とを経由する第三電路23tが形成される。
このように、出力相が第二相のときには、電力変換器11から出力された交流電力は、第二電路23sおよび第三電路23tを介して、配電線21(第二電線21bおよび中性線21c)に出力されて、第二負荷32に出力される。なお、図1に示す接続点21b2は、第二負荷32と第二電線21bとを接続する接続点を示している。また、接続点21c2は、第二負荷32と中性線21cとを接続する接続点を示している。
本実施形態の系統連系制御装置100によれば、制御装置18は、発電装置制御部41を備える。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、発電装置1の電力変換器11が第一電線21aと第二電線21bとの間に交流電力を出力する場合と比べて、電力変換器11の出力電圧を半減することができ、発電装置1を構成する電力変換器11の構成部品の耐圧を低下させることができる。また、制御装置18は、出力選択部42を備える。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、第一相および第二相の両方に交流電力を供給する場合と比べて、電力変換器11の小型化を図ることができる。このように、本実施形態の系統連系制御装置100は、発電装置1を構成する電力変換器11の構成部品の耐圧の低下と、電力変換器11の小型化との両立を図ることができる。
また、本実施形態の系統連系制御装置100によれば、電路切り替え器15を備える。さらに、出力選択部42は、出力相が第一相のときに電路切り替え器15に対して第一電路23fを形成させ、出力相が第二相のときに電路切り替え器15に対して第二電路23sを形成させる。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、第一電路23fと第二電路23sとを切り替えることによって、容易に出力相の切り替えが可能である。
なお、発電装置1から電力系統22への逆潮流が許容される場合において、第一相および第二相のうちの相電圧が高い相に対して、電力変換器11から出力された交流電力を出力すると、第一相および第二相の間の電圧不均衡が増大し、系統電源20の電力系統22が不安定になる可能性が高くなる。そこで、出力選択部42は、発電装置1から電力系統22への逆潮流が許容される場合であって、かつ、第一相と第二相との間の電圧差ΔVが所定閾値THV0以上のときに、交流電力の出力先として第一相および第二相のうちの相電圧が低い相を選択すると好適である。
一方、発電装置1から電力系統22への逆潮流が許容されない場合、第一負荷31および第二負荷32のうちの消費電力が少ない方が接続されている相に対して、電力変換器11の交流電力を出力すると、当該負荷によって交流電力が消費しきれず余剰電力が生じる可能性が高くなる。逆潮流が許容されない場合、余剰電力は、負荷30と異なる負荷(例えば、ヒータなど)で消費する必要があり、発電損失につながる。そこで、出力選択部42は、発電装置1から電力系統22への逆潮流が許容されない場合であって、かつ、負荷30であって第一相に接続されている第一負荷31の消費電力と負荷30であって第二相に接続されている第二負荷32の消費電力との間の電力差ΔPが所定閾値THP0以上のときに、交流電力の出力先として第一負荷31および第二負荷32のうちの消費電力が多い方が接続されている相を選択すると好適である。
出力選択部42は、例えば、図5に示すフローチャートに従って、制御プログラムを実行することにより、交流電力の出力先を選択することができる。出力選択部42は、まず、逆潮流が許容されているか否かを判断する(ステップS11)。逆潮流が許容されている場合(Yesの場合)、出力選択部42は、第一相と第二相との間の電圧差ΔVが所定閾値THV0以上であるか否かを判断する(ステップS12)。既述したように、第一相の電圧である第一相電圧V1は、第一電圧検出器17bによって検出され、第二相の電圧である第二相電圧V2は、第二電圧検出器17cによって検出される。出力選択部42は、第一相電圧V1と第二相電圧V2との差分を算出し、第一相と第二相との間の電圧差ΔVとすることができる。所定閾値THV0は、例えば、第一相および第二相の間の電圧不均衡の指標として、予め設定しておくと良い。
電圧差ΔVが所定閾値THV0以上の場合(Yesの場合)、出力選択部42は、電力変換器11の交流電力の出力先として、第一相および第二相のうちの相電圧が低い相を選択する(ステップS13)。そして、制御は、一旦、終了する。これにより、第一相および第二相の間の電圧不均衡を抑制することができる。一方、電圧差ΔVが所定閾値THV0未満の場合(Noの場合)、出力選択部42は、電力変換器11の交流電力の出力先として、前回選択した相と異なる相を選択する(ステップS14)。そして、制御は、一旦、終了する。これにより、電路切り替え器15の第一出力側接点15bと第二出力側接点15cとの間において、使用回数(使用頻度)を均等化することができる。
逆潮流が許容されていない場合(ステップS11でNoの場合)、出力選択部42は、第一負荷31の消費電力と、第二負荷32の消費電力との間の電力差ΔPが所定閾値THP0以上であるか否かを判断する(ステップS15)。第一負荷31および第二負荷32の消費電力が明らかな場合、既知の消費電力を用いることができる。一方、第一負荷31および第二負荷32の消費電力が不明な場合、公知の電力検出器などによって、これらの消費電力を検出することができる。出力選択部42は、第一負荷31の消費電力と第二負荷32の消費電力との差分を算出し、電力差ΔPとすることができる。所定閾値THP0は、例えば、余剰電力の指標として、予め設定しておくと良い。
電力差ΔPが所定閾値THP0以上の場合(Yesの場合)、出力選択部42は、電力変換器11の交流電力の出力先として、第一負荷31および第二負荷32のうちの消費電力が多い方が接続されている相を選択する(ステップS16)。そして、制御は、一旦、終了する。これにより、余剰電力の発生を抑制することができ、発電損失を低減することができる。一方、電力差ΔPが所定閾値THP0未満の場合(Noの場合)、出力選択部42は、電力変換器11の交流電力の出力先として、前回選択した相と異なる相を選択する(ステップS17)。そして、制御は、一旦、終了する。これにより、電路切り替え器15の第一出力側接点15bと第二出力側接点15cとの間において、使用回数(使用頻度)を均等化することができる。
本実施形態の系統連系制御装置100によれば、出力選択部42は、発電装置1から電力系統22への逆潮流が許容される場合であって、かつ、第一相と第二相との間の電圧差ΔVが所定閾値THV0以上のときに、交流電力の出力先として第一相および第二相のうちの相電圧が低い相を選択する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、第一相および第二相の間の電圧不均衡を抑制することができ、系統電源20の電力系統22の安定に貢献することができる。
また、本実施形態の系統連系制御装置100によれば、出力選択部42は、発電装置1から電力系統22への逆潮流が許容されない場合であって、かつ、負荷30であって第一相に接続されている第一負荷31の消費電力と負荷30であって第二相に接続されている第二負荷32の消費電力との間の電力差ΔPが所定閾値THP0以上のときに、交流電力の出力先として第一負荷31および第二負荷32のうちの消費電力が多い方が接続されている相を選択する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、余剰電力の発生を抑制することができ、発電損失を低減することができる。
(電流検出器判別部43)
既述したように、系統連系制御装置100は、第一電流検出器17dと第二電流検出器17eとを備える電流検出器を具備している。そして、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eの各検出値は、制御装置18に送信される。しかしながら、第一電流検出器17dを第二相側に誤って取り付ける可能性があり、第二電流検出器17eを第一相側に誤って取り付ける可能性がある。また、第一電流検出器17dから配策された通信線と、第二電流検出器17eから配策された通信線とを、制御装置18において取り違えて誤接続する可能性がある。さらに、第一電流検出器17dには、正規の接続方向があり、第二電流検出器17eには、正規の接続方向がある。接続方向を誤ると、出力値の極性(正値または負値)が逆転し、逆潮流および順潮流を誤認識する可能性がある。
既述したように、系統連系制御装置100は、第一電流検出器17dと第二電流検出器17eとを備える電流検出器を具備している。そして、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eの各検出値は、制御装置18に送信される。しかしながら、第一電流検出器17dを第二相側に誤って取り付ける可能性があり、第二電流検出器17eを第一相側に誤って取り付ける可能性がある。また、第一電流検出器17dから配策された通信線と、第二電流検出器17eから配策された通信線とを、制御装置18において取り違えて誤接続する可能性がある。さらに、第一電流検出器17dには、正規の接続方向があり、第二電流検出器17eには、正規の接続方向がある。接続方向を誤ると、出力値の極性(正値または負値)が逆転し、逆潮流および順潮流を誤認識する可能性がある。
そこで、制御装置18は、電流検出器判別部43を備えると好適である。ここで、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eのうちの一方であって、出力相に設けられているものと制御装置18が認識している電流検出器を出力相側電流検出器とする。また、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eのうちの他方であって、出力相と異なる相に設けられているものと制御装置18が認識している電流検出器を非出力相側電流検出器とする。
電流検出器判別部43は、出力相側電流検出器によって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI1の絶対値が所定閾値THI0以上のときに、上述した認識は、適当であると判断し、非出力相側電流検出器によって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI2の絶対値が所定閾値THI0以上のときに、上述した認識は、失当であると判断すると好適である。また、電流検出器判別部43は、出力相側電流検出器または非出力相側電流検出器によって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI1または変化量ΔI2が正値であるか若しくは負値であるかによって、出力相側電流検出器または非出力相側電流検出器の接続方向の正否を判別すると好適である。
電流検出器判別部43は、例えば、図6に示すフローチャートに従って、制御プログラムを実行することにより、電流検出器を判別することができる。例えば、出力相を第一相とする。そして、制御装置18は、出力相である第一相に第一電流検出器17dが設けられており、出力相と異なる相である第二相に第二電流検出器17eが設けられていると認識しているものとする。この場合、出力相側電流検出器は、第一電流検出器17dであり、非出力相側電流検出器は、第二電流検出器17eである。
なお、交流電力の出力開始前に、出力相側電流検出器である第一電流検出器17dによって検出される電流検出値(実効値)を出力前第一電流検出値I10とする。また、交流電力の出力開始後に、出力相側電流検出器である第一電流検出器17dによって検出される電流検出値(実効値)を出力後第一電流検出値I11とする。さらに、交流電力の出力開始前に、非出力相側電流検出器である第二電流検出器17eによって検出される電流検出値(実効値)を出力前第二電流検出値I20とする。また、交流電力の出力開始後に、非出力相側電流検出器である第二電流検出器17eによって検出される電流検出値(実効値)を出力後第二電流検出値I21とする。
電流検出器判別部43は、まず、電力変換器11の交流電力が出力相(第一相)に出力される前に、第一相および第二相の交流電流を検出し、図3に示す第一記憶装置18b1に記憶する(ステップS201)。これにより、出力前第一電流検出値I10および出力前第二電流検出値I20が記憶される。次に、出力選択部42は、出力相(第一相)にインバータ14の交流電力を出力させる。そして、電流検出器判別部43は、電力変換器11の交流電力が出力相(第一相)に出力された後に、第一相および第二相の交流電流を検出し、図3に示す第一記憶装置18b1に記憶する(ステップS202)。これにより、出力後第一電流検出値I11および出力後第二電流検出値I21が記憶される。
電流検出器判別部43は、出力相側電流検出器である第一電流検出器17dによって検出された電流検出値の変化量ΔI1が、所定閾値THI0以上であるか否かを判断する(ステップS203)。電流検出器判別部43は、例えば、出力前第一電流検出値I10から出力後第一電流検出値I11を減じて、電流検出値の変化量ΔI1を算出することができる。所定閾値THI0は、例えば、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eの出力の有無を判別可能に設定される閾値(電流実効値)であり、正値として設定されている。
電流検出値の変化量ΔI1が所定閾値THI0以上の場合(Yesの場合)、所定閾値THI0が正値であるので、電流検出値の変化量ΔI1の絶対値も所定閾値THI0以上になる。この場合、電力変換器11から出力される交流電力に起因して、出力相側電流検出器(第一電流検出器17d)の電流検出値の変化が見られる。よって、電流検出器判別部43は、出力相である第一相に第一電流検出器17dが設けられている旨の認識は、適当であると判断する。また、電流検出値の変化量ΔI1が正値の場合に、出力相側電流検出器(第一電流検出器17d)の接続方向が適当であるとする。この場合、電流検出値の変化量ΔI1は正値であるので、電流検出器判別部43は、出力相側電流検出器(第一電流検出器17d)の接続方向は、適当であると判断する(ステップS204)。そして、制御は、一旦、終了する。
一方、電流検出値の変化量ΔI1が所定閾値THI0未満の場合(ステップS203でNoの場合)、電流検出器判別部43は、出力相側電流検出器である第一電流検出器17dによって検出された電流検出値の変化量ΔI1が、所定閾値THI1以下であるか否かを判断する(ステップS205)。所定閾値THI1は、所定閾値THI0の極性(正値または負値)を反転させて設定される。つまり、所定閾値THI1は、負値として設定されている。電流検出値の変化量ΔI1が所定閾値THI1以下の場合(Yesの場合)、電流検出器判別部43は、ステップS204で既述した認識は適当であるが、出力相側電流検出器である第一電流検出器17dの接続方向は、失当であると判断する(ステップS206)。そして、制御は、一旦、終了する。
例えば、出力前第一電流検出値I10が+10A(Aは電流単位であり、アンペアー。以下、同じ。)であり、出力後第一電流検出値I11が+5Aであったとする。これは、発電装置1から第一負荷31に電力供給されることにより、系統電源20から購入する購入電力が低下したことを示している。所定閾値THI0を+0.5Aとし、所定閾値THI1を−0.5Aとする。この場合、電流検出値の変化量ΔI1は、+5A(=10A−5A)であり、所定閾値THI0である+0.5Aを超えている。よって、電流検出器判別部43は、ステップS204で既述した認識および接続方向は適当であると判断する。
上述した例において、第一電流検出器17dの接続方向が、正規の接続方向に対して逆方向である場合を考える。この場合、出力前第一電流検出値I10は、−10Aになり、出力後第一電流検出値I11は、−5Aになる。電流検出値の変化量ΔI1は、−5A(=−10A−(−5A))であり、所定閾値THI1である−0.5Aより小さくなる。よって、電流検出器判別部43は、ステップS204で既述した認識は適当であるが、接続方向は失当であると判断する。
なお、逆潮流が許容される場合についても、同様に考えることができる。上述した例において、出力前第一電流検出値I10が+10Aであり、出力後第一電流検出値I11が−5Aであったとする。これは、発電装置1から第一負荷31に電力供給されるとともに、発電装置1から系統電源20の電力系統22へ有効電力が流出していることを示している。この場合、電流検出値の変化量ΔI1は、+15A(=10A−(−5A))であり、所定閾値THI0である+0.5Aを超えている。よって、電流検出器判別部43は、ステップS204で既述した認識および接続方向は適当であると判断する。第一電流検出器17dの接続方向が、正規の接続方向に対して逆方向である場合についても、同様に考えることができる。
電流検出値の変化量ΔI1が所定閾値THI1より大きく、かつ、所定閾値THI0未満の場合(ステップS205でNoの場合)、電流検出値の変化量ΔI1の絶対値は、所定閾値THI0未満になる。つまり、出力相側電流検出器である第一電流検出器17dから出力が無いものと考えられる。この場合、非出力相側電流検出器である第二電流検出器17eによって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI2が、所定閾値THI0以上であるか否かを判断する(ステップS207)。出力相(第一相)の場合と同様に、電流検出器判別部43は、例えば、出力前第二電流検出値I20から出力後第二電流検出値I21を減じて、電流検出値の変化量ΔI2を算出することができる。
電流検出値の変化量ΔI2が所定閾値THI0以上の場合(Yesの場合)、電流検出器判別部43は、ステップS204で既述した認識は失当であるが、接続方向は適当であると判断する(ステップS208)。そして、制御は、一旦、終了する。この場合、既述したように、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eが誤って取り付けられているなどの可能性がある。
一方、電流検出値の変化量ΔI2が所定閾値THI0未満の場合(Noの場合)、電流検出器判別部43は、非出力相側電流検出器である第二電流検出器17eによって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI2が、所定閾値THI1以下であるか否かを判断する(ステップS209)。電流検出値の変化量ΔI2が所定閾値THI1以下の場合(Yesの場合)、電流検出器判別部43は、ステップS204で既述した認識および接続方向は失当であると判断する(ステップS210)。そして、制御は、一旦、終了する。この場合、既述したように、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eが誤って取り付けられているなどの可能性がある。また、第二電流検出器17eの接続方向が、正規の接続方向に対して逆方向である可能性がある。
電流検出値の変化量ΔI2が所定閾値THI1より大きく、かつ、所定閾値THI0未満の場合(ステップS209でNoの場合)、電流検出値の変化量ΔI2の絶対値は、所定閾値THI0未満になる。つまり、非出力相側電流検出器である第二電流検出器17eから出力が無いものと考えられる。この場合、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eの両方の電流検出器から出力が無いので、電流検出器判別部43は、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eのうちの少なくとも一方の故障の可能性があると判断する(ステップS211)。そして、制御は、一旦、終了する。
このように、電流検出器の故障の可能性がある場合、電流検出器判別部43は、発電装置制御部41に対して、インバータ14の出力を停止させる。そして、電流検出器判別部43は、出力相を変更する。既述した例では、出力相を第一相から第二相に変更する。電流検出器判別部43は、出力相が第一相の場合と同様にして、出力相が第二相の場合について、既述した制御を行う。
例えば、出力相が第一相のときに出力相側電流検出器(第一電流検出器17d)として検出した交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI1の絶対値が所定閾値THI0未満であったとする。そして、出力相が第二相のときに非出力相側電流検出器(第一電流検出器17d)として検出した交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI2の絶対値が所定閾値THI0未満であったとする。この場合、第一電流検出器17dは、いずれの場合も出力が無いので、第一電流検出器17dの故障であると考えられる。以上のことは、第二電流検出器17eについても同様に言える。電流検出器の故障には、既述した通信線の断線、接続不良、内部回路における短絡などが挙げられる。また、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eのうちの一方の電流検出器のみが故障している場合は、正常な電流検出器を用いて運転を継続することもできる。
本実施形態の系統連系制御装置100によれば、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eのうちの一方であって、出力相に設けられているものと制御装置18が認識している電流検出器を出力相側電流検出器とし、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eのうちの他方であって、出力相と異なる相に設けられているものと制御装置18が認識している電流検出器を非出力相側電流検出器とする。このとき、電流検出器判別部43は、出力相側電流検出器によって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI1の絶対値が所定閾値THI0以上のときに、上述した認識は、適当であると判断し、非出力相側電流検出器によって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI2の絶対値が所定閾値THI0以上のときに、上述した認識は、失当であると判断する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、電力変換器11の交流電力が第一相または第二相に選択的に供給されるときに、電流検出器の誤取り付け、誤接続などの異常を検出することができる。
また、本実施形態の系統連系制御装置100によれば、電流検出器判別部43は、出力相側電流検出器または非出力相側電流検出器によって検出された交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI1または変化量ΔI2が正値であるか若しくは負値であるかによって、出力相側電流検出器または非出力相側電流検出器の接続方向の正否を判別する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、電力変換器11の交流電力が第一相または第二相に選択的に供給されるときに、電流検出器の接続方向の正否を判別することができる。
さらに、本実施形態の系統連系制御装置100によれば、電流検出器判別部43は、出力相が第一相および第二相のうちの一方のときに出力相側電流検出器として検出した交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI1の絶対値が所定閾値THI0未満であり、かつ、出力相が第一相および第二相のうちの他方のときに非出力相側電流検出器として検出した交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量ΔI2の絶対値が所定閾値THI0未満であるときに、第一電流検出器17dおよび第二電流検出器17eのうちの少なくとも一方の故障であると判断する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置100は、電力変換器11の交流電力が第一相または第二相に選択的に供給されるときに、電流検出器の故障を検出することができる。
<その他>
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、系統連系制御装置100の制御には、図5および図6に示す処理および判断以外にも種々の演算処理を含めることができる。
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、系統連系制御装置100の制御には、図5および図6に示す処理および判断以外にも種々の演算処理を含めることができる。
1:発電装置、10:直流電源、11:電力変換器、
14d:一方の出力側端子、14c:他方の出力側端子、15:電路切り替え器、
17d:第一電流検出器、17e:第二電流検出器、18:制御装置、
20:系統電源、
21:配電線、21a:第一電線、21b:第二電線、21c:中性線、
22:電力系統、23f:第一電路、23s:第二電路、
30:負荷、31:第一負荷、32:第二負荷、
41:発電装置制御部、42:出力選択部、43:電流検出器判別部。
14d:一方の出力側端子、14c:他方の出力側端子、15:電路切り替え器、
17d:第一電流検出器、17e:第二電流検出器、18:制御装置、
20:系統電源、
21:配電線、21a:第一電線、21b:第二電線、21c:中性線、
22:電力系統、23f:第一電路、23s:第二電路、
30:負荷、31:第一負荷、32:第二負荷、
41:発電装置制御部、42:出力選択部、43:電流検出器判別部。
Claims (7)
- 直流電力を出力する直流電源と、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続されている負荷に出力する電力変換器とを備える発電装置と、
前記発電装置の前記負荷への出力を制御する制御装置と、
を具備し、
前記系統電源の電力系統と前記負荷との間が、第一電線、第二電線および中性線を備える単相三線式の配電線によって接続されており、前記電力変換器から出力された前記交流電力が前記配電線を介して前記負荷に出力される系統連系制御装置であって、
前記第一電線と前記中性線との間を第一相とし、前記第二電線と前記中性線との間を第二相とし、前記中性線を前記第一相および前記第二相の基準電位とするときに、
前記制御装置は、前記第一相および前記第二相の定格電圧と同じ電圧の前記交流電力を前記電力変換器に出力させる発電装置制御部と、
前記交流電力の出力先として前記第一相または前記第二相を選択して、前記選択された出力相に前記交流電力を出力させる出力選択部と、
を備える系統連系制御装置。 - 前記交流電力が出力される前記電力変換器の二つの出力側端子のうちの一方の出力側端子は、前記中性線と接続されており、
前記電力変換器の前記二つの出力側端子のうちの他方の出力側端子と前記第一電線との間の電路である第一電路と、前記電力変換器の前記二つの出力側端子のうちの他方の出力側端子と前記第二電線との間の電路である第二電路とを切り替える電路切り替え器を備え、
前記出力選択部は、前記出力相が前記第一相のときに前記電路切り替え器に対して前記第一電路を形成させ、前記出力相が前記第二相のときに前記電路切り替え器に対して前記第二電路を形成させる請求項1に記載の系統連系制御装置。 - 前記出力選択部は、前記発電装置から前記電力系統への逆潮流が許容される場合であって、かつ、前記第一相と前記第二相との間の電圧差が所定閾値以上のときに、前記交流電力の出力先として前記第一相および前記第二相のうちの相電圧が低い相を選択する請求項1または請求項2に記載の系統連系制御装置。
- 前記出力選択部は、前記発電装置から前記電力系統への逆潮流が許容されない場合であって、かつ、前記負荷であって前記第一相に接続されている第一負荷の消費電力と前記負荷であって前記第二相に接続されている第二負荷の消費電力との間の電力差が所定閾値以上のときに、前記交流電力の出力先として前記第一負荷および前記第二負荷のうちの消費電力が多い方が接続されている相を選択する請求項1または請求項2に記載の系統連系制御装置。
- 前記第一相の交流電流を検出する第一電流検出器と、前記第二相の交流電流を検出する第二電流検出器とを備える電流検出器を具備し、
前記第一電流検出器および前記第二電流検出器のうちの一方であって前記出力相に設けられているものと前記制御装置が認識している電流検出器を出力相側電流検出器とし、前記第一電流検出器および前記第二電流検出器のうちの他方であって前記出力相と異なる相に設けられているものと前記制御装置が認識している電流検出器を非出力相側電流検出器とするとき、
前記制御装置は、前記出力相側電流検出器によって検出された前記交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量の絶対値が所定閾値以上のときに、前記認識は適当であると判断し、前記非出力相側電流検出器によって検出された前記交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量の絶対値が所定閾値以上のときに、前記認識は失当であると判断する電流検出器判別部を備える請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の系統連系制御装置。 - 前記第一相の交流電流を検出する第一電流検出器と、前記第二相の交流電流を検出する第二電流検出器とを備える電流検出器を具備し、
前記第一電流検出器および前記第二電流検出器のうちの一方であって前記出力相に設けられているものと前記制御装置が認識している電流検出器を出力相側電流検出器とし、前記第一電流検出器および前記第二電流検出器のうちの他方であって前記出力相と異なる相に設けられているものと前記制御装置が認識している電流検出器を非出力相側電流検出器とするとき、
前記制御装置は、前記出力相側電流検出器または前記非出力相側電流検出器によって検出された前記交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量が正値であるか若しくは負値であるかによって、前記出力相側電流検出器または前記非出力相側電流検出器の接続方向の正否を判別する電流検出器判別部を備える請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の系統連系制御装置。 - 前記第一相の交流電流を検出する第一電流検出器と、前記第二相の交流電流を検出する第二電流検出器とを備える電流検出器を具備し、
前記第一電流検出器および前記第二電流検出器のうちの一方であって前記出力相に設けられているものと前記制御装置が認識している電流検出器を出力相側電流検出器とし、前記第一電流検出器および前記第二電流検出器のうちの他方であって前記出力相と異なる相に設けられているものと前記制御装置が認識している電流検出器を非出力相側電流検出器とするとき、
前記制御装置は、前記出力相が前記第一相および前記第二相のうちの一方のときに前記出力相側電流検出器として検出した前記交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量の絶対値が所定閾値未満であり、かつ、前記出力相が前記第一相および前記第二相のうちの他方のときに前記非出力相側電流検出器として検出した前記交流電力の出力開始前後における電流検出値の変化量の絶対値が所定閾値未満であるときに、前記第一電流検出器および前記第二電流検出器のうちの少なくとも一方の故障であると判断する電流検出器判別部を備える請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の系統連系制御装置。
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