JP2023178714A - 電力変換装置、太陽光発電システム、及び蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により地絡を検出し適切に対応できる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、直流電源、交流電源及び負荷にそれぞれ接続される第１、第２、及び第３端子を持ち、交流側端子と、第１端子に接続される直流側端子とを持つ電力変換器と、交流側端子と第２端子との間の接続線と、接続線の交流側端子と第２端子との間に設けられる第１リレー及び第２リレーと、接続線から第１及び第２リレーの間において分岐し第３端子に接続される分岐接続線と、交流側端子と第３端子との間の接続線又は分岐接続線に設けられる零相変流器と、交流側端子と零相変流器との間の接続線又は分岐接続線に接続された接地用リレーとを含み、さらに、第１リレーがオンで第２リレーがオフのときに、零相変流器が地絡の発生を検知したことに応答して、電力変換装置の出力を停止する出力停止部を含む。【選択図】図１

Description

この開示は、電力変換装置、太陽光発電システム、及び蓄電システムに関する。

太陽光パネル、蓄電池などの直流電源と電力系統とに接続され、系統と連携して稼働する電力変換装置が知られている。こうした電力変換装置は、系統と連携して運転する系統連系運転と、系統が停電したときに直流電源からの電力を交流電流に変換し負荷に供給する自立運転とを切り替えることができる。

自立運転時には、電力変換装置が系統用の分電盤を経由せずに負荷に電力を供給する。そのため、地絡の発生を検出し、地絡が発生したときには負荷への電力供給を遮断する機構を設ける必要がある。

こうした問題を解決するための一つの提案が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている技術は、系統が停電から復電し、電力供給を電力変換装置から系統に切り替える際に、切替装置及び負荷へのストレスを低減させることを目的としている。このため特許文献１に開示された発明は、電力変換装置の出力を系統用端子と負荷用端子とに分け、それぞれ解列用リレーと自立用リレーとを接続する。さらに、負荷への電力供給を系統と電力変換装置とのいずれかに切り替える切り替え装置と、電力変換装置の自立用リレーとの間に漏電遮断器を設けている。停電時には、解列用リレーがオフになって所定時間経過してから自立用リレーがオンする。復電時には、復電開始から所定時間経過後に自立用リレーがオフし、さらに所定時間が経過した後、解列用リレーがオンする。

特開２０１４－１３１４２３号公報

特許文献１に開示された発明により、切替装置及び負荷へのストレスが低減されるという効果がある。また漏電遮断器を設けているため、電力変換器の自立用リレーと切替器との間において地絡が発生したときには、それを検知し電力変換器から負荷への電力供給を遮断できる。

しかし特許文献１に開示された発明においては、電力変換器と切替器とを接続する接続線を、電力変換器と系統とを接続する接続線と独立に設ける必要がある。そのために電力変換器の構成が複雑になるという問題がある。さらに、自立用リレーとは別に、電力変換器の外部に切替器が必要となるなど、全体の回路規模が大きくなるという問題もある。

この開示は、簡単な構成により地絡を検出し適切に対応できる電力変換装置、太陽光発電システム、及び蓄電システムを提供することを目的とする。

この開示の第１の局面に係る電力変換装置は、直流電源に接続される第１端子、交流電源に接続される第２端子、及び負荷に接続される第３端子を持ち、交流側端子と、第１端子に接続される直流側端子とを持つ電力変換器と、交流側端子と第２端子との間を接続する接続線と、接続線の交流側端子と第２端子との間に直列に設けられる第１リレー及び第２リレーと、接続線から第１リレー及び第２リレーの間において分岐し第３端子に接続される分岐接続線と、交流側端子と第３端子との間の接続線又は分岐接続線に設けられる零相変流器と、交流側端子と零相変流器との間の接続線又は分岐接続線と接地電位との間に接続された、接地用リレーとを含む電力変換装置であって、さらに、第１リレーがオンでかつ第２リレーがオフのときに、零相変流器が負荷側において地絡が発生したことを検知したことに応答して、電力変換装置の出力を停止するための出力停止部を含む。

この開示の第２の局面に係る太陽光発電システムは、上記電力変換装置と、電力変換装置の第１端子に接続される太陽光発電パネルとを含む。

この開示の第３の局面に係る蓄電システムは、上記電力変換装置と、電力変換装置の第１端子に接続される蓄電池とを含む。

この開示の第４の局面に係る蓄電システムは、上記電力変換装置と、電力変換装置の第１端子に接続される蓄電池と、電力変換装置の第４端子に接続される太陽光発電パネルとを含む。

以上のようにこの開示によると、簡単な構成により地絡を検出し適切に対応できる電力変換装置、太陽光発電システム、及び蓄電システムを提供できる。

図１は、この開示の第１実施形態に係る蓄電システムの回路構成を示す回路ブロック図である。 図２は、図１に示すＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）－ＤＣ変換部のブロック図である。 図３は、図１に示す漏電遮断器のブロック図である。 図４は、この開示の第２実施形態に係る蓄電システムの回路構成を示すブロック図である。 図５は、この開示の第３実施形態に係る太陽光発電システムの回路構成を示すブロック図である。 図６は、この開示の第４実施形態に係る太陽光発電システムの回路構成を示すブロック図である。 図７は、この開示の第５実施形態に係る太陽光発電システムの回路構成を示すブロック図である。 図８は、この開示の第６実施形態に係る太陽光発電システムの回路構成を示すブロック図である。 図９は、図８に示す出力停止部が実行するプログラムの制御構造を示すコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 図１０は、図８に示す出力停止部を実現するＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）のハードウェア構成を示すブロック図である。

［本開示の実施形態の説明］
以下の説明及び図面においては、同一の部品には同一の参照番号を付してある。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の実施形態の任意の一部を組み合わせてもよい。

（１） この開示の第１の局面に係る電力変換装置は、直流電源に接続される第１端子、交流電源に接続される第２端子、及び負荷に接続される第３端子を持ち、交流側端子と、第１端子に接続される直流側端子とを持つ電力変換器と、交流側端子と第２端子との間を接続する接続線と、接続線の交流側端子と第２端子との間に直列に設けられる第１リレー及び第２リレーと、接続線から第１リレー及び第２リレーの間において分岐し第３端子に接続される分岐接続線と、交流側端子と第３端子との間の接続線又は分岐接続線に設けられる零相変流器と、交流側端子と零相変流器との間の接続線又は分岐接続線と接地電位との間に接続された、接地用リレーとを含む電力変換装置であって、さらに、第１リレーがオンでかつ第２リレーがオフのときに、零相変流器が負荷側において地絡が発生したことを検知したことに応答して、電力変換装置の出力を停止するための出力停止部を含む。

電力変換器は第２端子から接続線を介して交流電源に接続される。この接続線は分岐して第３端子に接続され、さらに負荷に接続される。第１リレーがオンでかつ第２リレーがオフのとき、すなわち電力変換装置の自立運転時に第３端子と負荷との間の接続線で地絡が発生すると、零総変流器が地絡の発生を検知し、出力停止部が電力変換装置の出力を停止する。電力変換装置に零相変流器と出力停止部を設けることで地絡の発生を検知し、電力変換装置の出力が切断される。電力変換装置の外部に地絡を検出するための回路を設ける必要はない。零相変流器と出力停止部という簡単な回路により地絡を検出し適切に対応できる。

（２） 上記（１）において、出力停止部は、交流側端子と第３端子との間の接続線又は分岐接続線のいずれかの位置に設けられた断路器と、零相変流器の出力が地絡の発生を示すことに応答して、断路器を動作させる断路制御部とを含んでもよい。

断路器と断路制御部という簡単な構成により、地絡発生時に電力変換装置の出力を停止することで適切に地絡に対応できる。

（３） 上記（２）において、出力停止部と零相変流器とは同一筐体に格納され、漏電遮断器を構成してもよい。

電力変換装置の仕様に適合した漏電遮断器を電力変換装置の適切な場所に配置することにより、簡単な構成を使用して地絡に対し適切に対応できる。

（４） 上記（１）において、出力停止部は、零相変流器の出力が地絡の発生を示すことに応答して、電力変換器による電力変換動作を停止する変換停止部を含んでもよい。

零相変流器の出力が地絡の発生を示すことに応答して、電力変換装置の外部への出力を直ちに遮断するのではなく、電力変換器による電力変換動作を停止する。その結果、電力変換器が動作しているときに直ちに電力変換装置の出力を遮断する場合と比較して、周辺回路に与えるストレスを小さくできる。

（５） 上記（４）において、出力停止部はさらに、電力変換器が停止したことに応答して第１リレーをオフさせるリレー制御部を含んでもよい。

電力変換器による電力変換動作をまず停止した後、第１リレーがオフされる。その結果、電力変換器の出力が遮断され、電力変換装置の外部への出力も遮断される。電力変換器が動作しているときに直ちに電力変換装置の出力を遮断する場合と比較して、周辺回路に与えるストレスを小さくできる。

（６） 上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、電力変換装置は、さらに、交流側端子と第１リレーとの間の接続線に設けられた出力フィルタを含んでもよく、零相変流器は第１リレーと第３端子との間の接続線及び分岐接続線に設けられてもよい。

零相変流器を第１リレーと第３端子との間に設けても、負荷側において発生した地絡を検出できる。

（７） 上記（６）において、接地用リレーは第１リレーと零相変流器との間に設けられてもよい。

接地用リレーを第１リレーと零相変流器との間に設けることにより、零相変流器が負荷側において発生した地絡を適切に検出できる。

（８） 上記（６）において、接地用リレーは出力フィルタと第１リレーの間に設けられてもよい。

接地用リレーを出力フィルタと第１リレーとの間に設けることにより、零相変流器が負荷側において発生した地絡を適切に検出できる。

（９） 上記（６）から（８）のいずれか１つにおいて、零相変流器は分岐接続線に設けられてもよい。

零相変流器を分岐接続線に設けても、零相変流器は負荷側において発生した地絡を検出できる。

（１０） 上記（６）から（８）のいずれか１つにおいて、零相変流器は接続線に設けられてもよい。

零相変流器を第１リレーと第３端子との間の接続線に設け、接地用リレーを第１リレーと零相変流器との間、又は出力フィルタと第１リレーとの間に設けても、零相変流器は負荷側において発生した地絡を検出できる。

（１１） 上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、電力変換装置は、さらに、交流側端子と第１リレーとの間の接続線に設けられた出力フィルタを含んでもよく、零相変流器は出力フィルタと第１リレーとの間の接続線に設けられてもよい。

零相変流器を、出力フィルタと第１リレーとの間の接続線に設けても、零相変流器は負荷側において発生した地絡を検出できる。

（１２） 上記（１）から（１１）のいずれか１つにおいて、電力変換装置は、第１端子と直流側端子との間に接続された第１ＤＣ－ＤＣ変換器をさらに含んでもよい。

この構成により、直流電源からの直流電力を適切な電圧に変換して電力変換器に入力できるようになり、電力変換装置の自立運転時に直流電源からの電力を負荷に供給できる。

（１３） 上記（１２）において、電力変換装置はさらに第４端子を持ち、第４端子と直流側端子との間に接続された第２ＤＣ－ＤＣ変換器をさらに含んでもよい。

この構成により、２種類以上の直流電源からの直流電力をそれぞれ適切な電圧に変換して電力変換器に入力できるようになり、電力変換装置の自立運転時に直流電源からの電力を高い信頼性をもって負荷に供給できる。

（１４） この開示の第２の局面に係る太陽光発電システムは、上記（１２）に記載の電力変換装置と、電力変換装置の第１端子に接続される太陽光発電パネルとを含む。

この構成により、太陽光発電パネルからの直流電力を適切な電圧に変換して電力変換器に入力できるようになる。その結果、この太陽光発電システムは、電力変換装置の自立運転時に太陽光発電パネルにより得られた電力を適切に負荷に供給できる。

（１５） この開示の第３の局面に係る蓄電システムは、上記（１２）に記載の電力変換装置と、電力変換装置の第１端子に接続される蓄電池とを含む。

この構成により、蓄電池からの直流電力を適切な電圧に変換して電力変換器に入力できるようになり、この蓄電システムは、電力変換装置の自立運転時に蓄電池から得られた電力を適切に負荷に供給できる。

（１６） この開示の第４の局面に係る蓄電システムは、上記（１３）に記載の電力変換装置と、電力変換装置の第１端子に接続される蓄電池と、電力変換装置の第４端子に接続される太陽光発電パネルとを含む。

この構成により、太陽光発電パネル及び蓄電池からの直流電力の双方をそれぞれ適切な電圧に変換して電力変換器に入力できるようになる。その結果、この蓄電システムは、電力変換装置の自立運転時に太陽光発電パネル及び蓄電池から得られた電力を適切に負荷に供給できる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る電力変換装置、太陽光発電システム、及び蓄電システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内の全ての変更が含まれることが意図される。

Ａ．第１実施形態
ａ．構成
図１を参照して、この開示の第１実施形態に係る太陽光発電システム５０は、蓄電池６２、複数のＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）パネル６４、６６、６８及び７０と、蓄電池６２に接続された蓄電用端子部９０、ＰＶパネル６４、６６、６８及び７０に接続されたＰＶ用端子部９２、系統用端子部９４及び自立用端子部９６を持つ電力変換装置６０とを含む。なお、蓄電池６２がない形態も可能であり、その場合にはインバータ１２２が双方向の電力変換機能を持つ必要はない。ＰＶパネル６４なども複数存在する必要はなく、一つでもよい。また太陽光発電システム５０に蓄電池６２が含まれる場合には、ＰＶパネル６４などがなくてもよい。

系統用端子部９４には系統用の分電盤７２が接続される。自立用端子部９６には負荷用の分電盤７８が接続される。分電盤７２は電力量計７４を介して系統７６に接続される。分電盤７８には負荷８０及び８２などが接続される。分電盤７２内には漏電遮断器が設けられる。分電盤７８内にも漏電遮断器が設けられる。しかし分電盤７８の漏電遮断器は、自立用端子部９６と分電盤７８とを結ぶ接続線１４０に発生する地絡を検知できない。

電力変換装置６０は、蓄電用端子部９０を介して蓄電池６２に接続されたＤＣ－ＤＣ変換部１１０と、ＰＶ用端子部９２を会してＰＶパネル６４及び６６、ＰＶパネル６８及び７０にそれぞれ接続されたＤＣ－ＤＣ変換部１１２、１１４、１１６及び１１８と、これらＤＣ－ＤＣ変換部１１０、１１２、１１４、１１６及び１１８に接続された直流用端子部１２０と、交流用端子部１２４とを持ち、直流電力と単相３線の交流電力との間の双方向の変換を行うインバータ１２２とを含む。

電力変換装置６０はさらに、インバータ１２２の交流用端子部１２４と系統用端子部９４とを結ぶ単相３線の接続線１３２と、インバータ１２２の交流用端子部１２４と系統用端子部９４との間に直列に設けられた連系リレー１２８及び系統・負荷接続リレー１３４とを含む。電力変換装置６０はさらに、インバータ１２２の交流用端子部１２４と連系リレー１２８との間に設けられた出力フィルタ１２６と、接続線１３２の、連系リレー１２８と系統・負荷接続リレー１３４との間において接続線１３２から分岐し蓄電用端子部９０に接続される分岐接続線１３６とを含む。

電力変換装置６０はさらに、接続線１３２の、連系リレー１２８と分岐接続線１３６への分岐箇所との間に設けられた漏電遮断器１３０と、連系リレー１２８と漏電遮断器１３０の間の接続線１３２の中性線を、自立運転時に接地するための接地用リレー１３８とを含む。

図２を参照して、例えばＤＣ－ＤＣ変換部１１０は、入力フィルタ１７０及び直流の電圧変換を双方向に行うコンバータ１７２とを含む。図１に示すＤＣ－ＤＣ変換部１１２、１１４、１１６及び１１８も同様の構成である。ただしこれらＤＣ－ＤＣ変換部１１２、１１４、１１６及び１１８による電圧変換は各ＰＶパネルからインバータ１２２への一方向である点が異なる。

漏電遮断器１３０の構成は周知だが、図３を参照して説明する。漏電遮断器１３０は、筐体２１０と、いずれも同一の筐体２１０に格納された、接続線１３２の３本の線を通した零相変流器２００、接続線１３２を遮断するための断路器２０２、及び零相変流器２００の出力が地絡の発生を示すことに応答して、断路器２０２を動作させる地絡継電器２０４とを含む。

ｂ．動作
太陽光発電システム５０が系統との連系運転を行う場合には、系統・負荷接続リレー１３４及び連系リレー１２８の双方がオンとなる。この結果、系統７６からの電力を負荷８０などに供給すること、系統７６からの電力により蓄電池６２を充電すること、蓄電池６２及びＰＶパネル６４などからの電力を負荷８０などに供給すること、及びＰＶパネル６４などからの電力を系統７６側に売電することが可能になる。もちろんそのためには電力変換装置６０を適切に制御する必要があるが、その詳細はこの開示とは関係がない。したがって、ここでは詳細には説明しない。

分岐接続線１３６及び接続線１４０のいずれかの箇所において地絡が発生すると、接続線１３２を流れる電流の違いを零相変流器２００が検出する。地絡継電器２０４が零相変流器２００の出力に基づいて地絡が発生したか否かを判定する。地絡が発生したと判定されたときには、地絡継電器２０４は断路器２０２を動作させる。その結果、電力変換装置６０からの電力の供給は遮断される。

図１に示すように、漏電遮断器１３０が、連系リレー１２８と接続線１３２からの分岐接続線１３６の分岐位置との間に設けられる。この配置により、例えば自立用端子部９６と分電盤７８との接続線１４０において地絡が発生しても漏電遮断器１３０がそれを検知し、電力変換装置６０から分電盤７８への電力供給を遮断できる。もちろん、接続線１３２に地絡が発生しても同様に電力変換装置６０からの電力供給が遮断される。

なお、系統７６と系統・負荷接続リレー１３４との間、及び分電盤７８と負荷８０などとの間において地絡が発生したときは、それぞれ分電盤７２内の漏電遮断器及び分電盤７８の漏電遮断器により地絡が検出され電力の供給が遮断される。

以上のようにこの実施形態においては、漏電遮断器１３０及び接地用リレー１３８を図１に示す位置に設けることにより、簡単な構成により自立用端子部９６から分電盤７８の間において発生した地絡を検出し電力変換装置６０からの電力供給を遮断できる。これ以外に新たな回路を設ける必要もなく、またインバータ１２２の出力を系統用と負荷用とに分ける必要もない。漏電遮断器１３０は太陽光発電システム５０の仕様及び規格に適合するものならばどのようなものを用いてもよい。

その結果、簡単な構成により地絡を検出し適切に対応できる電力変換装置、太陽光発電システム、及び蓄電システムを提供できる。

Ｂ．第２実施形態
図４にこの開示の第２実施形態に係る太陽光発電システム２５０のブロック図を示す。図４に示す太陽光発電システム２５０が図１に示す太陽光発電システム５０と異なるのは、図１に示す電力変換装置６０に代えて電力変換装置２６０を含む点である。

図４に示す電力変換装置２６０はほぼ電力変換装置６０と同じ構成を持つが、漏電遮断器１３０の位置が電力変換装置６０とは異なる。すなわち電力変換装置２６０においては、漏電遮断器１３０は接続線１３２ではなく、分岐接続線１３６に設けられる。接地用リレー１３８は図１と変わらず接続線１３２に設けられる。

漏電遮断器１３０をこのように漏電遮断器１３０に設けた場合も、第１実施形態と同様、接続線１４０に発生する地絡を検出し適切に対処できる。また回路構成も第１実施形態と同様、簡単なもので済む。

Ｃ．第３実施形態
図５に、この開示の第３実施形態に係る太陽光発電システム３００のブロック図を示す。図５に示す太陽光発電システム３００が図１に示す太陽光発電システム５０と異なるのは、図１に示す電力変換装置６０に代えて電力変換装置３１０を含む点である。

図５に示す電力変換装置３１０は電力変換装置６０とほぼ同じ構成を持つ。ただし電力変換装置３１０においては、漏電遮断器１３０及び接地用リレー１３８の位置が電力変換装置６０と異なる。具体的には、漏電遮断器１３０は接続線１３２及び分岐接続線１３６の分岐部と、自立用端子部９６との間に設けられ、接地用リレー１３８は接続線１３２及び分岐接続線１３６の分岐部と漏電遮断器１３０との間に設けられる。

漏電遮断器１３０及び接地用リレー１３８を図５に示すように配置しても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

Ｄ．第４実施形態
図６に、この開示の第４実施形態に係る太陽光発電システム３５０のブロック図を示す。太陽光発電システム３５０が図１に示す太陽光発電システム５０と異なるのは、図１に示す電力変換装置６０に代えて電力変換装置３６０を含む点である。

図６に示す電力変換装置３６０は電力変換装置６０とほぼ同じ構成を持つが、漏電遮断器１３０と接地用リレー１３８の位置が電力変換装置６０と異なる。具体的には、電力変換装置３６０においては、漏電遮断器１３０は接続線１３２及び分岐接続線１３６の分岐点と自立用端子部９６との間に設けられ、接地用リレー１３８は出力フィルタ１２６と連系リレー１２８との間の接続線１３２に設けられる。

自立運転時には連系リレー１２８は閉じられる。したがって、漏電遮断器１３０及び接地用リレー１３８を図６に示すように配置しても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

Ｅ．第５実施形態
図７に、この開示の第５実施形態に係る太陽光発電システム４００のブロック図を示す。太陽光発電システム４００が図１に示す太陽光発電システム５０と異なるのは、図１に示す電力変換装置６０に代えて電力変換装置４１０を含む点である。

図７に示す電力変換装置４１０は電力変換装置６０とほぼ同じ構成を持つ。しかし電力変換装置４１０においては、漏電遮断器１３０と接地用リレー１３８の位置が電力変換装置６０におけるそれらの位置と異なる。具体的には、電力変換装置４１０においては、漏電遮断器１３０は出力フィルタ１２６と連系リレー１２８との間の接続線１３２に設けられ、接地用リレー１３８は出力フィルタ１２６と漏電遮断器１３０との間の接続線１３２に設けられる。

太陽光発電システム４００の自立運転時には、連系リレー１２８は閉じられる。したがって、漏電遮断器１３０及び接地用リレー１３８を図７に示すように配置しても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

Ｆ・第６実施形態
ａ．構成
図８に、この開示の第５実施形態に係る太陽光発電システム４５０のブロック図を示す。太陽光発電システム４５０が図１に示す太陽光発電システム５０と異なるのは、図１の電力変換装置６０に代えて電力変換装置４６０を含む点である。

電力変換装置４６０は図１に示す電力変換装置６０と類似した構成を持つ。しかし電力変換装置４６０は、図１に示す漏電遮断器１３０に代えて、接続線１３２と分岐接続線１３６との分岐点と自立用端子部９６との間に設けられた零相変流器４７０を含む点と、零相変流器４７０の出力に基づいて接続線１４０における地絡の発生を検出し検出信号を出力する検出回路４７２を含む点と、検出回路４７２からの検出信号に応答して、最初にインバータ１２２を制御してインバータ１２２の出力を停止させた後、連系リレー１２８をオフする事により電力変換装置４６０の出力を停止させる出力停止部４７４を含む点とにおいて、図１に示す電力変換装置６０と異なる。

出力停止部４７４は、検出回路４７２からの検出信号に応答して、インバータ１２２に含まれる各半導体スイッチによるスイッチングを停止させることによりインバータ１２２による電力変換処理を停止させる変換停止部４８０と、変換停止部４８０よる制御によりインバータ１２２が電力変換処理を停止したことに応答して連系リレー１２８をオフする処理を行うリレー制御部４８２とを含む。

出力停止部４７４は、後述するように実際にはＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含むＭＣＵと、そのＭＰＵが実行するプログラムとにより実現される。

図９に、そのＭＰＵが出力停止部４７４を実現するために実行するプログラムの簡略の制御構成を示す。このプログラムは所定の時間間隔をおいて繰り返し実行される。各実行時において更新された変数の値はプログラムの実行後にもメモリに保持され、次の実行時にはその値に基づいて次の処理が実行される。

図９を参照して、このプログラムは、実行開始後、最初に検出回路４７２からの出力である地絡検出信号の入力を読むステップ５００と、地絡検出信号がオフか否かに従って制御の流れを分岐させるステップ５０２と、ステップ５０２における判定が否定のときに、インバータ１２２を停止させる処理以外の通常の制御処理を続行しこのプログラムの実行を終了するステップ５０４とを含む。

このプログラムはさらに、ステップ５０２の判定が否定のときに、インバータ１２２が完全に停止したか否かを判定し、その結果に従って制御の流れを分岐させるステップ５０６と、ステップ５０６においてインバータ１２２がまだ完全に停止してはいないと判定されたことに応答して、インバータ１２２への停止指示信号を出力する、又は出力を維持する処理を行ってこのプログラムの実行を終了するステップ５０８とを含む。

このプログラムはさらに、ステップ５０６において、インバータ１２２が完全に停止していると判定されたことに応答して、連系リレー１２８が遮断済か否かを判定し、判定結果に従って制御の流れを分岐させるステップ５１０と、ステップ５１０において連系リレー１２８が遮断済ではないと判定されたことに応答して、連系リレー１２８の切断を指示するリレー制御信号を出力しこのプログラムの実行を終了するステップ５１２と、ステップ５１０において連系リレー１２８が遮断済だと判定されたことに応答して、電力変換装置４６０の全体を停止させる処理を行ってこのプログラムの実行を終了するステップ５１４とを含む。ステップ５１４が実行されることにより出力停止部４７４も動作を停止し、このプログラムの実行も終了する。

図１０に、出力停止部４７４を実現するＭＣＵ５５０のブロック図を示す。図１０を参照して、このＭＣＵは、演算装置を含むＭＰＵ６０２と、ＭＰＵ６０２が接続される高速バス６００と、高速バス６００に接続されたＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６０４と、高速バス６００に接続された、フラッシュメモリ６０６と、高速バス６００に接続されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６０８とを含む。ＳＲＡＭ６０４には、プログラムの実行に必要なデータなどが保持される。フラッシュメモリ６０６には、出力停止部４７４が実現する機能を実現するための、図９に制御構造を示したプログラム６２６が記憶される。ＲＯＭ６０８にはＭＰＵ６０２のブートアッププログラムなどが記憶される。

ＭＣＵはさらに、高速バス６００にブリッジ６１２を介して接続された低速バス６１０と、いずれも低速バス６１０に接続されたシリアルＩ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６１４、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）６１６、タイマ・カウンタ６１８、クロック発生器６２０、電源制御部６２２及び汎用Ｉ／Ｆ６２４を含む。この実施形態においては、検出回路４７２からの地絡検出信号は、ＡＤＣ６１６によりデジタル化されて処理されるが、検出回路４７２においてデジタル化してもよい。

なお、ＭＣＵ５５０及びＭＰＵ６０２の動作態様はよく知られており、実施形態において意味があるのはその実行するプログラムの機能である。したがって、ここではＭＣＵ自体の動作については説明しない。

ｂ．動作
この第６実施形態に係る太陽光発電システム４５０は以下のように動作する。以下においては、太陽光発電システム４５０の自立運転時における太陽光発電システム４５０の動作のみを説明する。自立運転時には系統・負荷接続リレー１３４は開かれ、連系リレー１２８は閉じている。地絡が発生していないときは、零相変流器４７０からは地絡検出を意味する出力はない。そのため検出回路４７２は地絡検出信号を出力せず、インバータ１２２は蓄電池６２からの、又はＰＶパネル６４などからの直流電力を交流電力に変換して負荷に提供する。

接続線１４０において地絡が発生すると、零相変流器４７０は地絡により、単相３線の電流の合計がしきいより大きくなったことを示す電流を出力する。検出回路４７２は零相変流器４７０の出力電流がしきい値より大きくなったことを検出し、地絡検出信号を出力停止部４７４に与える。

出力停止部４７４は以下のように動作する。図９を参照して、地絡検出信号を受けるまでは、ＭＣＵ５５０はステップ５００、５０２及び５０４の処理を繰り返し実行する。地絡検出信号を受けるとステップ５０２の判定がＮＯとなる。続くステップ５０６の判定は、地絡検出信号を受けた直後は否定的である。したがってＭＣＵ５５０は停止指示信号をインバータ１２２に出力する。インバータ１２２内の制御回路は、この停止指示信号に応答してインバータ１２２の停止処理を開始する。このとき、インバータ１２２内の半導体スイッチ素子を全て一斉にロックすると、電力変換装置４６０内の各部に電気的な負荷がかかる。そのためインバータ１２２は、半導体スイッチ素子を全て一斉にロックするのではなく、例えば出力電流を徐々に小さくするなどしてインバータ１２２の出力を徐々に小さくし、最終的に半導体スイッチ素子を全てロックするものとする。当然、この停止処理が完了するまでにはある程度の時間を要する。

ＭＣＵ５５０は図９に示す処理を繰り返し実行するが、ステップ５０６における判定が否定的であることがある程度の時間にわたって続く。インバータ１２２が完全に出力を停止するとステップ５０６の判定は肯定的となり、制御はステップ５１０に進む。

最初にステップ５１０に制御が進んだときには連系リレー１２８は閉じている。したがってステップ５１０の判定は否定的となりステップ５１２において連系リレー１２８をオフさせるリレー制御信号が連系リレー１２８に対して出力される。

次にこのプログラムが実行されるときには、ステップ５０２の判定は否定的、ステップ５０６の判定は肯定的となる。したがってステップ５１０の判定が肯定的となるまで以上の処理が繰り返される。ステップ５１０の判定が肯定的となると制御はステップ５１４に進む。ステップ５１４においては、電力変換装置４６０の全体が停止し、このプログラムの実行も完全に終了する。

以上のようにこの実施形態によれば、漏電遮断器により直ちに電力変換装置の出力を遮断するのではなく、零相変流器の出力を用いて、電力変換装置４６０の各部が協調的に動作し、電力変換装置４６０の出力を停止できる。すなわち、地絡が検出されると、最初にインバータ１２２の運転を徐々に停止し、その出力がなくなった後に連系リレー１２８により完全にインバータ１２２の出力を遮断する。そのため、電力変換装置４６０の各部及び電力変換装置４６０からの電力供給を受けていた負荷８０及び８２などにも無理な負荷がかかる可能性を小さくできる。漏電遮断器を用いる場合と比較して回路規模は多少大きくなるが、協調的な処理により地絡に対して適切に対応できる。

以上、この開示を複数の実施形態に基づいて説明したが、この開示は上記実施形態に限定される訳ではない。他にも様々な形により変形が可能である。例えば図８に示した例においては零相変流器４７０を分岐接続線１３６に設け、接地用リレー１３８を連系リレー１２８及び接続線１３２と分岐接続線１３６の分岐点との間に設けている。しかし零相変流器４７０の位置がここに限定されるわけではなく、例えば図１、図５、図６及び図７に示す漏電遮断器１３０と接地用リレー１３８の位置に、零相変流器４７０と接地用リレー１３８とをそれぞれ配置してもよい。

また図８に示した例においては、インバータ１２２の出力が完全に停止してから連系リレー１２８を切断している。しかしこの開示はそのような実施形態に限定されるわけではない。インバータ１２２の出力があるしきい値以下になった時点において連系リレー１２８による遮断を実行してもよい。

なお、この明細書では、上記実施形態のシステムはいずれもＰＶパネルを含むので太陽光発電システムと呼んでいる。しかし、これらはいずれも蓄電池も含む。したがって上記実施形態のシステムはいずれも蓄電システムと呼ぶこともできる。したがって、各システムの名称はその実体にあわせた名称であればどのようなものでもよい。

今回開示された実施の形態は全ての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、開示の詳細な説明の記載により示されるわけではなく、特許請求の範囲の各請求項によって示され、特許請求の範囲の文言と均等の意味及び範囲内の全ての変更が含まれることが意図される。

５０、２５０、３００、３５０、４００、４５０ 太陽光発電システム
６０、２６０、３１０、３６０、４１０、４６０ 電力変換装置
６２ 蓄電池
６４、６６、６８、７０ ＰＶパネル
７２、７８ 分電盤
７４ 電力量計
７６ 系統
８０、８２ 負荷
９０ 蓄電用端子部
９２ ＰＶ用端子部
９４ 系統用端子部
９６ 自立用端子部
１１０、１１２、１１４、１１６、１１８ ＤＣ－ＤＣ変換部
１２０ 直流用端子部
１２２ インバータ
１２４ 交流用端子部
１２６ 出力フィルタ
１２８ 連系リレー
１３０ 漏電遮断器
１３２、１４０ 接続線
１３４ 系統・負荷接続リレー
１３６ 分岐接続線
１３８ 接地用リレー
１７０ 入力フィルタ
１７２ コンバータ
２００、４７０ 零相変流器
２０２ 断路器
２０４ 地絡継電器
２１０ 筐体
４７２ 検出回路
４７４ 出力停止部
４８０ 変換停止部
４８２ リレー制御部
５５０ ＭＣＵ
６００ 高速バス
６０２ ＭＰＵ
６０４ ＳＲＡＭ
６０６ フラッシュメモリ
６０８ ＲＯＭ
６１０ 低速バス
６１２ ブリッジ
６１４ シリアルＩ／Ｆ
６１６ ＡＤＣ
６１８ タイマ・カウンタ
６２０ クロック発生器
６２２ 電源制御部
６２４ 汎用Ｉ／Ｆ
６２６ プログラム

Claims (16)

1. 直流電源に接続される第１端子、交流電源に接続される第２端子、及び負荷に接続される第３端子を持ち、
   交流側端子と、前記第１端子に接続される直流側端子とを持つ電力変換器と、
   前記交流側端子と前記第２端子との間を接続する接続線と、
   前記接続線の前記交流側端子と前記第２端子との間に直列に設けられる第１リレー及び第２リレーと、
   前記接続線から前記第１リレー及び前記第２リレーの間において分岐し前記第３端子に接続される分岐接続線と、
   前記交流側端子と前記第３端子との間の前記接続線又は前記分岐接続線に設けられる零相変流器と、
   前記交流側端子と前記零相変流器との間の前記接続線又は前記分岐接続線と接地電位との間に接続された、接地用リレーとを含む電力変換装置であって、
   さらに、前記第１リレーがオンでかつ前記第２リレーがオフのときに、前記零相変流器が前記負荷側において地絡が発生したことを検知したことに応答して、前記電力変換装置の出力を停止するための出力停止部を含む、電力変換装置。
2. 前記出力停止部は、
   前記交流側端子と前記第３端子との間の前記接続線又は前記分岐接続線のいずれかの位置に設けられた断路器と、
   前記零相変流器の出力が地絡の発生を示すことに応答して、前記断路器を動作させる断路制御部とを含む、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記出力停止部と前記零相変流器とは同一筐体に格納され、漏電遮断器を構成する、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記出力停止部は、前記零相変流器の出力が地絡の発生を示すことに応答して、前記電力変換器による電力変換動作を停止する変換停止部を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記出力停止部はさらに、前記電力変換器が停止したことに応答して前記第１リレーをオフさせるリレー制御部を含む、請求項４に記載の電力変換装置。
6. さらに、前記交流側端子と前記第１リレーとの間の前記接続線に設けられた出力フィルタを含み、
   前記零相変流器は前記第１リレーと前記第３端子との間の前記接続線及び前記分岐接続線に設けられる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記接地用リレーは前記第１リレーと前記零相変流器との間に設けられる、請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記接地用リレーは前記出力フィルタと前記第１リレーの間に設けられる、請求項６に記載の電力変換装置。
9. 前記零相変流器は前記分岐接続線に設けられる、請求項６に記載の電力変換装置。
10. 前記零相変流器は前記接続線に設けられる、請求項６に記載の電力変換装置。
11. さらに、前記交流側端子と前記第１リレーとの間の前記接続線に設けられた出力フィルタを含み、
    前記零相変流器は前記出力フィルタと前記第１リレーとの間の前記接続線に設けられる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記第１端子と前記直流側端子との間に接続された第１ＤＣ－ＤＣ変換器をさらに含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記電力変換装置はさらに第４端子を持ち、
    前記第４端子と前記直流側端子との間に接続された第２ＤＣ－ＤＣ変換器をさらに含む、請求項１２に記載の電力変換装置。
14. 請求項１２に記載の電力変換装置と、
    前記電力変換装置の前記第１端子に接続される太陽光発電パネルとを含む、太陽光発電システム。
15. 請求項１２に記載の電力変換装置と、
    前記電力変換装置の前記第１端子に接続される蓄電池とを含む、蓄電システム。
16. 請求項１３に記載の電力変換装置と、
    前記電力変換装置の前記第１端子に接続される蓄電池と、
    前記電力変換装置の前記第４端子に接続される太陽光発電パネルとを含む、蓄電システム。
    

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