JP3144323B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置

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JP3144323B2
JP3144323B2 JP32785196A JP32785196A JP3144323B2 JP 3144323 B2 JP3144323 B2 JP 3144323B2 JP 32785196 A JP32785196 A JP 32785196A JP 32785196 A JP32785196 A JP 32785196A JP 3144323 B2 JP3144323 B2 JP 3144323B2
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池構成の複
数の分散電源を有する太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、工場，ビル或いは一般住宅等にお
いて、いわゆる分散電源として太陽光発電装置を備える
場合、それらの屋根や側壁等に大型，大電力出力の大規
模の太陽電池を設置できないときは、この大規模の太陽
電池を複数の小規模，小型の太陽電池に分散し、これら
の小型の太陽電池と，静止型の電力変換装置としての小
型，小容量のインバータとを組合せた太陽電池構成の複
数の分散電源を前記の屋根や側壁に分散して設置するこ
とが行われる。
【０００３】そして、この複数の分散電源からなる従来
の太陽光発電装置は、ほぼ図６に示すように形成され
る。
【０００４】同図は系統１に４個の分散電源２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄを接続して形成された場合を示し、各分
散電源２ａ〜２ｄは、それぞれ例えば数ＫＷ程度の比較
的小規模の小型の太陽電池３の出力を逆流防止用のダイ
オード４を介して静止型の電力変換装置としての例えば
電圧型のインバータ５に供給する。
【０００５】さらに、各分散電源２ａ〜２ｄのインバー
タ５をそれぞれの制御装置（システムコントローラ）６
により駆動制御して運転し、太陽電池３の直流の出力電
力をそれぞれ系統周波数の交流電力に変換し、この交流
電力を配線用遮断器７を介して系統１の各一般負荷８に
給電する。
【０００６】そして、系統電源９が健全な通常時は、イ
ンバータ５の出力側の系統電圧等の監視に基づく制御装
置６の連系運転制御により、各分散電源２ａ〜２ｄがそ
れぞれの太陽電池３の出力に基づき、個別に系統電源９
と連系運転される。
【０００７】このとき、発電量の増加に伴う系統１の連
系点電圧の上昇を抑制するため、各分散電源２ａ〜２ｄ
は、一般にインバータ５の進相運転機能を有し、連系点
電圧が１０５％〜１１０％以上に上昇すると、その上昇
量に応じてそれぞれのインバータ５が進相運転される。
【０００８】つぎに、災害の発生等に伴う系統電源１の
停電が発生すると、各分散電源２ａ〜２ｄの非同期運転
による弊害を防止するため、各分散電源２ａ〜２ｄは予
め設定された１台，例えば分散電源２ａのみが自立運転
に移行し、残りの各分散電源２ｂ〜２ｄは運転を停止す
る。
【０００９】また、自立運転に移行した分散電源２ａ
は、その出力を系統１の非常負荷１０に給電するため、
制御装置６により負荷切換スイッチ１１を切換え、この
スイッチ１１を介して非常負荷１０にインバータ５の自
立運転出力を供給する。
【００１０】なお、図６の１２は系統１の各所の交流遮
断器、１３は系統１の各負荷フィーダの配線用遮断器で
ある。
【００１１】つぎに、系統１には系統連系保護リレー１
４が設けられ、このリレー１４により系統電圧とコンデ
ンサ分圧の零相変圧器（ＺＰＤ）１５の出力とに基づ
き、連系点電圧の過電圧，不足電圧等の異常を検出して
所要の遮断器１２の開放等を行う。
【００１２】また、各分散電源２ａ〜２ｄにも連系保護
リレー１６が設けられ、何らかの原因でそれぞれのイン
バータ５の出力電圧の過大等の異常が発生すると、各連
系保護リレー１６によりそれぞれの配線用遮断器７を開
放して各分散電源２ａ〜２ｄを個別に切離す。
【００１３】さらに、この太陽光発電装置は、各分散電
源２ａ〜２ｄとともに２次電池構成の電池電源１７も備
える。
【００１４】この電池電源１７は自立運転される分散電
源２ａに開閉器１８を介して接続され、分散電源２ａが
自立運転されるときは、その制御装置６により開閉器１
８が閉成されて太陽電池３に並列に接続され、２次電池
１９の直流電力を発電器２０，逆流防止用のダイオード
２１の並列回路を介してインバータ５に供給し、このイ
ンバータ５の直流入力を補う。
【００１５】また、電池電源１７の充電機能も備えると
きは、分散電源２ａのインバータ５がコンバータ機能を
有し、電池電源１７の充電時、分散電源２ａの制御装置
６によりそのインバータ５がコンバータ運転され、この
インバータ５が出力側の系統１の交流電力を直流電力に
変換して入力側に出力し、この入力側の直流電力が開閉
器１８，充電器２０を介して２次電池１９に供給され、
この供給により２次電池１９が充電される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のこの種太陽
光発電装置の場合、各分散電源２ａ〜２ｄのインバータ
５をそれぞれの制御装置５により個別に運転制御するた
め、分散電源２ａ〜２ｄ毎に制御装置６が必要になり、
発電装置が大型化する。
【００１７】さらに、各分散電源２ａ〜２ｄのインバー
タ５がそれぞれの制御装置６により別個独立に運転制御
されるため、つぎのような問題点がある。
【００１８】まず、連系運転において、発電量の増加に
伴う連系点電圧の上昇を分散電源２ａ〜２ｄの進相運転
で抑制する際、抑制判定の基準電圧が分散電源２ａ〜２
ｄによってばらつき、分散電源２ａ〜２ｄの進相運転量
のばらつきが生じ、極端な場合は基準電圧の最も低い分
散電源のみが進相運転される。
【００１９】なお、一般に進相運転が力率０．８５でク
リップされるため、分散電源によっては、力率０．８５
になっても連系点電圧の上昇が続く場合、その出力（発
電出力）を実際に絞り込んで低減するものもあり、この
場合は、進相運転量のばらつきが生じるだけでなく、全
体の発電効率が悪化（低下）する。
【００２０】つぎに、連系運転中にインバータ５の出力
と負荷容量とがつり合って各分散電源２ａ〜２ｄが単独
運転の状態になるときにも適正な運転を継続するため、
単独運転の能動方式の検出に広く採用されている無効電
力方式で単独運転を検出しようとすると、この検出が無
効電力の可変を周期的にくり返して連系点電圧等の変動
から系統停電等による単独運転への移行を検出するもの
であるから、この検出を各分散電源２ａ〜２ｄが非同期
の状態で別個独立に行うことにより、無効電力の可変に
よる効果が分散電源２ａ〜２ｄ間で相殺されて検出困難
になり、場合によっては単独運転への移行を検出できな
い事態も生じる。
【００２１】さらに、自立運転に移行したときには、非
同期運転による弊害を防止するため、１台の分散電源２
ａのみが自立運転されてその出力のみが非常負荷１０に
給電され、自立運転での十分な電力を確保することがで
きない。
【００２２】また、とくに図６の従来構成の場合、連系
運転異常からの保護を図るため、系統１に系統連系運転
保護リレー１４が設けられるだけでなく、各分散電源２
ａ〜２ｄにも個別に連系保護リレー１６が設けられ、こ
の場合、同一系統の連系保護の点からは過剰な保護とな
っており、無駄が多い問題点もある。
【００２３】つぎに、電池電源１７を備える場合、この
電源１７が自立運転する１台の分散電源２ａの専用の電
池電源となり、この分散電源２ａのインバータ５により
電池電源１７が充電されるため、その電池容量が１台の
分散電源２ａのインバータ容量で制限され、この結果、
非常負荷１０の容量も制約される。
【００２４】なお、電池電源１７を分散電源２ａと別個
の専用の電源から充電することも考えられるが、この場
合は、充電専用の新たな電源等を確保しなければなら
ず、スペース及びコスト等の点から実用的でない。
【００２５】つぎに、各分散電源２ａ〜２ｄの運転状態
を１個所で集中して監視することができず、能率のよい
運転管理等が行えない問題点もある。
【００２６】本発明は、とくに、自立運転時の非常負荷
等への給電容量を飛躍的に増大することを課題とし、さ
らに、その際の各分散電源の運転状態を１個所で集中的
に制御，監視し得るようにすることも課題とする。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【課題を解決するための手段】前記の課題を達成するた
め、本発明の太陽光発電装置においては、系統に接続さ
れて連系運転される複数の分散電源の共通の１個の制御
装置に、 系統電源の事故停電等に基づく前記各分散電源
の自立運転時に、系統周波数の発振出力を並列自立運転
の共通の動作制御のタイミング信号として前記各分散電
源の静止型電力変換装置に供給する手段と、 前記並列自
立運転のモード設定により前記各電力変換装置に並列自
立運転指令用の運転制御信号を供給する手段とを備え、
前記各電力変換装置に、 前記各電力変換装置の出力電圧
を監視する手段と、 前記並列自立運転の運転制御信号に
基づき前記各分散電源の太陽電池を並列接続して前記各
分散電源の共通の直流電源を形成する手段と、 前記運転
制御信号に基づく並列自立運転により前記タイミング信
号及び前記出力電圧の監視結果にしたがって前記直流電
源を前記各分散電源間で同期した交流電力に変換する手
段とを備える。
【００３０】ところで、制御装置を各分散電源と別個に
設けると、各分散電源の太陽電池等を工場やビルの屋根
等に設け、制御装置をそれぞれの管理所等に設けて各分
散電源を集中制御することができる。
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】この場合、災害等で系統停電が発生する
と、制御装置の発振形成された共通の動作制御のタイミ
ング信号及び並列自立運転指令用の制御信号に基づき、
各分散電源の電力変換装置が同期して並列自立運転され
る。
【００３６】また、各分散電源の太陽電池が並列接続さ
れて各分散電源の共通の大容量の直流電源を形成する。
【００３７】そして、各電力変換装置が自立運転に好適
な電圧制御により、前記共通の直流電源を系統周波数の
交流電力に変換して系統に給電する。
【００３８】したがって、自立運転の際に大容量の直流
電源の電力変換により非常負荷等に十分な電力を給電す
ることができる。
【００３９】つぎに、並列自立運転の際の直流電源の容
量をさらに大きくするときは、各分散電源の並列自立運
転及び充電運転のときに前記各分散電源の太陽電池の並
列回路に並列に接続される２次電池構成の電池電源を備
え、かつ、制御装置に、 系統周波数の発振出力を充電運
転の共通の動作制御のタイミング信号として前記各電力
変換装置に供給する手段と、 充電運転のモード設定によ
り前記各電力変換装置に充電運転指令の運転制御信号を
供給する手段とを備え、 前記各電力変換装置に、 前記充
電運転指令の運転制御信号に基づく充電運転により系統
の交流電力を充電用の直流電力に変換して前記電池電源
を充電するコンバータ機能を備え、 並列自立運転時に前
記各分散電源の太陽電池及び前記電池電源により前記各
分散電源の共通の直流電源を形成し、 充電運転時に前記
各電力変換装置の前記充電用の直流電力により前記電池
電源を充電するようにすることが好ましい。
【００４０】この場合、各分散電源の太陽電池及び電池
電源を並列接続して各分散電源の共通の直流電源が形成
され、この直流電源が一層大容量になる。
【００４１】しかも、電池電源は充電運転指令に基づ
き、各分散電源の電力変換装置のコンバータ機能の動作
により、専用の充電設備等を設けることなく、十分な電
力で充電され、大容量の２次電池等で形成することがで
きる。
【００４２】したがって、装置を大型化することなく、
系統停電に伴う自立運転の際に十分な電力を確保するこ
とができ、非常負荷を十分な容量にすることができる。
【００４３】つぎに、各分散電源の運転状態を１個所で
集中監視するため、各電力変換装置に、それぞれの発電
量としての出力電力の監視信号，運転可否の信号等の各
分散電源の運転状態の信号を制御装置に供給する手段を
備え、制御装置に、各電力変換装置から供給された運転
状態の信号に基づき各分散電源の運転状態を集中表示す
る手段を備えることが好ましい。この場合、制御装置に
より各分散電源の運転状態が集中的に監視される。
【００４４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態について、
図１ないし図５を参照して説明する。図１は１個の制御
装置（メインコントローラ）２１，＃１，＃２，＃３，
＃４の４並列の分散電源（ＡＣアレイ）２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ，２２ｄ及び電池電源２３を備えた場合の全
体回路結線を示す単線系統図である。
【００４５】この図１において、図６と同一符号は同一
のものを示し、図１の構成が図６の従来構成と大きく異
なる点は、主につぎの点である。
【００４６】（ｉ）各分散電源２２ａ〜２２ｄは図６の
従来の個別の制御装置６及び連系保護リレー１６が設け
られず、各分散電源２２ａ〜２２ｄの静止型の電力変換
装置としての例えば電圧型のインバータ２４の運転が工
場，ビルの管理所等に設けられた共通の１個の制御装置
２１により集中制御される点。
【００４７】（ii）系統１に図６の系統連系保護リレー
１４の代わりに、ほぼこのリレー１４に光通信機能を付
加した構成の系統連系保護リレー２５が設けられ、制御
装置２１と系統連系保護リレー２５とがこのリレー２５
の過電圧，不足電圧等の検出情報の信号を制御装置２１
に伝送する光ファイバ２６により接続され、系統連系保
護リレー２５を共用して各分散電源２２ａ〜２２ｄの連
系保護が図られる点。
【００４８】（iii） 制御装置２１と各分散電源２２ａ
〜２２ｄのインバータ２４とがそれぞれ上り，下りの光
ケーブル２７ａ，２７ｂを介して接続され、制御装置２
１と電池電源２３とが上り，下りの光ケーブル２８ａ，
２８ｂを介して接続され、外乱の影響を排除して制御装
置２１と各インバータ２４，電池電源２３との間で情報
がやりとりされる点。
【００４９】なお、上りの光ケーブル２７ａ，２８ａは
制御装置２１が受信する信号の伝送路を形成し、下りの
光ケーブル２７ｂ，２８ｂは制御装置２１が送信する信
号の伝送路を形成する。
【００５０】また、電池電源２３は２次電池２９及びこ
の電池２９を充放電する充放電制御部３０を有し、この
制御部３０のバッテリ盤制御回路３１に光ケーブル２８
ａ，２８ｂが接続され、制御回路３１により開閉される
充電路用の開閉器３２と逆充電防止用のダイオード３３
との並列回路が２次電池２９に直列に接続されている。
【００５１】（iv）各２個の分散電源２２ａと２２ｂ，
２２ｂと２２ｃ，２２ｃと２２ｄの太陽電池３に直列接
続されたダイオード４のカソード間及び，分散電源２２
ｄのダイオード４と電池電源２３のダイオード３３のカ
ソード間に分散電源２２ａ〜２２ｄそれぞれにより開閉
される橋絡用の開閉器３４が設けられ、自立運転時、各
開閉器３２，３４を閉成して各太陽電池３及び２次電池
２９を並列に接続し、この並列接続により各分散電源２
２ａ〜２２ｄの共通の直流電源を形成するようにした
点。
【００５２】（ｖ）各インバータ２４にインバータ機能
とコンバータ機能とを備え、電池電源２３の２次電池２
９の充電時に各インバータ２４をコンバータとして動作
させる点。
【００５３】なお、各インバータ２４の交流出力はそれ
ぞれの配線用遮断器３５及び負荷切換器１１を介して系
統１の一般負荷８又は非常負荷１０に給電される。
【００５４】また、負荷切換器１１を介した系統１の電
圧が計器用変圧器３６を介して制御装置２１に同期電圧
として供給される。
【００５５】さらに、系統連系保護リレー２５は日本電
気協会発行の分散電源系統連系技術指針に準拠した保護
要素のリレーであって系統１の過電圧，不足電圧等の異
常を検出し、分散電源２２ａ〜２２ｄをすみやかに停止
する。
【００５６】つぎに、図２は制御装置２１の詳細な構成
を示し、計器用変圧器３６により同期電圧として検出さ
れた系統電圧（連系点電圧）が分周回路３７及び進相運
転判定回路３８に供給される。
【００５７】そして、分周回路３７は系統周波数の分周
により、単独運転能動検出の外乱発生用の例えば６．２
５Ｈｚ／７．５Ｈｚのタイミング信号（同期信号）Ｓ1
を形成する。
【００５８】また、進相運転判定回路３８は系統電圧の
実効値から進相運転の開始の有無を判定し、系統電圧の
実行値が設定値（例えば定格の１０５〜１１０％）以上
のときにハイレベルの進相運転開始信号Ｓ2 を出力す
る。
【００５９】さらに、基準周波数発生回路３９は自走発
振出力により自立運転時の各インバータ２４の出力周波
数，位相のデータを形成し、これらのデータの信号を自
立運転時の系統周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の同期
制御のタイミング信号Ｓ3 として出力する。
【００６０】また、手動又は自動の操作で切換わる動作
モード切換スイッチ４０は、個別連系運転モードの接点
Ｐａ，並列自立運転モードの接点Ｐｂ及び充電運転モー
ドの接点Ｐｃを有し、接点Ｐａに接続される連系運転時
は、各分散電源２２ａ〜２２ｄの個別連系運転の動作モ
ードの信号をシーケンス回路４１に供給し、接点Ｐｂに
切換えられる自立運転時は、各分散電源２２ａ〜２２ｄ
を同期させて並列自立運転する動作モードの信号をシー
ケンス回路４１に供給し、接点Ｐｃに切換えられる充電
運転時は、各分散電源２２ａ〜２２ｄのコンバータ出力
で電池電源２３の２次電池２９を充電する動作モードの
信号をシーケンス回路４１に供給する。
【００６１】そして、シーケンス回路４１は切換スイッ
チ４０の動作モードの信号及び後述の各受信信号に基づ
き、予め設定された各動作モードのプログラムにしたが
って動作し、並列運転（ハイレベル）／個別運転（ロー
レベル）の運転切換信号Ｓ4，自立運転（ハイレベル）
／連系運転（ローレベル）の運転切換信号Ｓ5 ，発電運
転（ローレベル）／充電運転（ハイレベル）の運転切換
信号Ｓ6 ，運転（ハイレベル）／停止（ローレベル）の
指令信号Ｓ7 を出力する。
【００６２】さらに、タイミング信号Ｓ1 ，Ｓ3 ，位相
運転開始信号Ｓ2 及び運転切換信号Ｓ4 〜Ｓ6 ，指令信
号Ｓ7 は分散電源２２ａ〜２２ｄ毎の発光部４２ａ〜４
２ｄに供給されて光信号に変換され、この信号が下りの
各光ファイバ２７ａを介して分散電源２２ａ〜２２ｄの
インバータ２４に伝送される。
【００６３】また、例えば運転切換信号Ｓ4 〜Ｓ6 ，指
令信号Ｓ7 の一部（運転切換信号Ｓ6 ，指令信号Ｓ7 ）
が下りの光ファイバ２８を介して電池電源２３のバッテ
リ盤制御回路３１に伝送される。
【００６４】一方、系統連系運転保護リレー２５から光
ファイバ２６を介して受光部４４に伝送された光信号
は、この受光部４４により電気信号に変換され、この変
換により形成されたリレー動作信号Ｓ8 ，不足電圧動作
等の連系異常信号Ｓ9 がシーケンス回路４１に供給さ
れ、これらの信号Ｓ8 ，Ｓ9 に基づき、前記指令信号Ｓ
7が形成される。
【００６５】また、各分散電源２２ａ〜２２ｄのインバ
ータ２４から各上りの光ファイバ２７ａを介して各受光
部４５ａ〜４５ｄに伝送された光信号は、各受光部４５
ａ〜４５ｄにより受光されて電気信号に変換される。
【００６６】そして、この変換により形成された各イン
バータ２４の運転準備完了でハイレベルになる運転準備
の通知信号Ｓ10はシーケンス回路にそのまま供給され、
各インバータ２４の交流出力，すなわち発電量の信号
（周波数信号）Ｓ11は各周波数／電圧変換器４６ａ〜４
６ｄによりそれぞれアナログ電圧の信号に変換されてシ
ーケンス回路４１に供給される。
【００６７】さらに、電池電源２３のバッテリ盤制御回
路３１から上りの光ファイバ２８ａを介して受光部４７
に伝送された光信号は、この受光部４７により受光され
て電気信号に変換され、この変換により形成された２次
電池２９の充電状態の通知信号Ｓ12がシーケンス回路４
１に供給される。
【００６８】つぎに、シーケンス回路４１は連系異常信
号Ｓ9 により系統停電を検知すると、負荷切換器１１に
通常負荷８への給電から非常負荷１０への給電に切換え
る負荷切換信号を供給する。
【００６９】また、各通知信号Ｓ10に基づき、シーケン
ス回路４１から集中表示部４８に設けられた各分散電源
２２ａ〜２２ｄの運転準備表示器４９ａ〜４９ｄに運転
準備完了表示信号を供給し、例えば各表示器４９ａ〜４
９ｄの点消灯により各分散電源２２ａ〜２２ｄの運転準
備の完了の有無を表示する。
【００７０】さらに、各周波数／電圧変換器４６ａ〜４
６ｄを介した発光量の信号Ｓ11に基づき、シーケンス回
路４１から集中表示部４８の例えば液晶表示器からなる
分散電源２２ａ〜２２ｄ毎の発電量表示器５０ａ〜５０
ｄに各分散電源２２ａ〜２２ｄの発電量（出力）の表示
信号を供給し、表示器５０ａ〜５０ｄにより各分散電源
２２ａ〜２２ｄの発電量を数字表示する。
【００７１】つぎに、各分散電源２２ａ〜２２ｄは同一
に構成され、例えば＃１の分散電源２２ａは図３に示す
ように形成される。
【００７２】そして、インバータ２４は昇降圧用のＤＣ
／ＤＣコンバータ部５１と電力変換用のＤＣ／ＡＣイン
バータ部５２の２段縦列回路により形成されてインバー
タ機能及びコンバータ機能を有し、シーケンス回路５３
によるインバータ部５２の運転に基づき、通常はインバ
ータとして動作して太陽電池３の直流の出力電力を交流
電力に変換し、電池電源部２３の２次電池２９の充電時
はコンバータとして動作して系統電力を直流電力に変換
する。
【００７３】なお、コンバータ部５１は入力電圧範囲を
拡大して広い電圧範囲の直流に適用させるために設けら
れ、入力電圧がインバータ部５２とマッチング等してい
れば省くことも可能である。
【００７４】さらに、コンバータ部５１を介した太陽電
池３の出力電圧，出力電流がインバータ部５２の直流側
の計器用変圧器５４，計器用変流器５５により監視され
て検出され、それらの検出信号が電力計測部５６及び最
大電力制御演算部５７に供給される。
【００７５】そして、電力計測部５６により太陽電池３
の出力電力が演算され、演算結果の信号（電圧信号）が
電圧／周波数変換器５８に供給されて周波数信号に変換
され、この信号が発電量の信号Ｓ11を形成する。
【００７６】この発電量の信号Ｓ11は、例えば、各分散
電源２２ａ〜２２ｄの太陽電池３が５ＫＷ程度の比較的
小電力出力の場合、この出力の−５ＫＷ〜５ＫＷ（−は
充電電力量を示す）の変化により２〜４ＫＨｚの範囲で
変化する。
【００７７】また、インバータ部５２が出力する交流電
力等の電圧，電流がインバータ部５２の交流側の計器用
変圧器５９，計器用変流器６０により検出され、変圧器
５９の検出出力に基づく出力電圧計測部６１の電圧計測
信号は電圧制御部６２及び電流制御部６３に供給され、
変流器６１の電流検出信号は電流制御部６３に供給され
る。
【００７８】一方、制御装置２１から下りの光ファイバ
２７ｂを介して伝送された光信号が受光部６４に受光さ
れて電気信号に変換され、この変換により各信号Ｓ1 〜
Ｓ7が再生され、タイミング信号Ｓ1 ，Ｓ3 は電流制御
部６３，電圧制御部６２に供給され、進相運転開始信号
Ｓ2 ，各運転切換信号Ｓ4 〜Ｓ6 ，運転／停止の指令信
号Ｓ7 はシーケンス回路５３に供給される。
【００７９】そして、シーケンス回路５３は各入力信号
に基づくシーケンス制御により、運転切換スイッチ６
５，６６に運転モードに応じた切換信号を供給し、個別
連系運転のモードのときは運転切換スイッチ６５，６６
を連系接点Ｑａ，連系・充電接点Ｒａに切換え、並列自
立運転のモードのときは運転切換スイッチ６５，６６を
自立・充電接点Ｑｂ，自立接点Ｒｂに切換え、充電運転
のモードのときは運転切換スイッチ６５を自立・充電接
点Ｑｂに切換えて運転切換スイッチ６６を連系・充電接
点Ｒａに切換える。
【００８０】また、シーケンス回路５３は運転モードに
応じた運転制御の信号を制御部６２，６３に供給すると
ともに、インバータ２４の内部異常の有無等を通知する
運転準備の通知信号Ｓ10を形成する。
【００８１】そして、通知信号Ｓ10，発電量の信号Ｓ11
は発光部６７により光信号に変換され、上りの光ファイ
バ２７ａを介して制御装置２１に伝送される。
【００８２】つぎに、各動作モードにおける全体の動作
について説明する。まず、動作モードには前記したよう
に個別連系運転モード，並列自立運転モード及び充電運
転モードの３モードがあり、その切換えは制御装置６の
動作モードスイッチ４０により行われる。
【００８３】そして、動作モードスイッチ４０が個別連
系運転モードの接点Ｐａに位置する通常の連系運転時
は、制御装置２１の運転切換信号Ｓ4 〜Ｓ6 等に基づ
き、各分散電源２２ａ〜２２ｄのインバータ２４に個別
連系運転指令用の運転制御信号が供給され、それぞれの
インバータが系統電圧に同期して個別にインバータ動作
する。
【００８４】このとき、インバータ２４の運転切換スイ
ッチ６５，６６は接点Ｑａ，Ｒａに位置し、最大電力制
御演算部５７の演算結果の出力が電流制御部６３に供給
され、この電流制御部６３からインバータ部５２にイン
バータ駆動信号としてのスイッチングパルス信号が供給
され、太陽電池２２ａ〜２２ｄそれぞれから最大電力を
取出すように太陽電池２２ａ〜２２ｄの時々刻々の最大
電力に追従してインバータ部５２がインバータ駆動され
る。
【００８５】このインバータ駆動により、各分散電源２
２ａ〜２２ｄは系統電圧に同期して個別に連系運転さ
れ、各太陽電池２２ａ〜２２ｄの時々刻々の最大電力が
系統周波数の交流電力に変換される。
【００８６】このとき、各分散電源２２ａ〜２２ｄが系
統電圧に同期するため、各分散電源２２ａ〜２２ｄは同
期して連系運転される。
【００８７】また、連系点電圧の過大な上昇を抑制する
ため、個別連系運転中に制御装置２１から各分散電源２
２ａ〜２２ｄに進相運転開始信号Ｓ2 が供給されると、
各分散電源２２ａ〜２２ｄのインバータ２４は電流制御
により出力電流の位相が例えば開始信号Ｓ2 の大きさに
したがって電流位相より進相し、進相運転が行われる。
【００８８】このとき、各分散電源２２ａ〜２２ｄが進
相運転判定回路３８の判定に基づき、共通化された同一
の判定基準の電圧にしたがって進相運転され、従来のよ
うな分散電源２２ａ〜２２ｄ間の進相運転量のばらつき
が防止されて各分散電源２２ａ〜２２ｄが均等に進相運
転され、全体の発電効率の低下を防止して連系点電圧が
抑制される。
【００８９】さらに、制御装置２１から各分散電源２２
ａ〜２２ｄに系統電圧に同期してタイミング信号Ｓ1 が
供給され、このタイミング信号Ｓ1 に基づき、各分散電
源２２ａ〜２２ｄのインバータ２４が外乱発生タイミン
グの同期をとって無効電力を可変し、無効電力変動方式
で単独運転への移行を監視して検出する。
【００９０】そのため、各分散電源２２ａ〜２２ｄの無
効電力の可変による効果が分散電源２２ａ〜２２ｄ間で
相殺されず、単独運転になっても、この運転が確実に検
出されて継続される。
【００９１】つぎに、系統停電等が発生し、動作モード
スイッチ４０が並列自立運転モードの接点Ｐｂに切換え
られる並列自立運転時は、運転切換信号Ｓ4 〜Ｓ6 によ
り各分散電源２２ａ〜２２ｄのインバータ２４に並列自
立運転指令用の運転制御信号が供給され、それぞれのイ
ンバータ２４が自立運転のインバータ動作に切換わる。
【００９２】このとき、基準周波数発生回路３９のタイ
ミング信号Ｓ3 に基づき、各分散電源２２ａ〜２２ｄの
インバータ２４が同期して運転される。
【００９３】また、各分散電源２２ａ〜２２ｄのインバ
ータ２４により各開閉器３４が閉成され、各分散電源２
２ａ〜２２ｄの太陽電池３が並列接続されて共通の直流
電源を形成する。
【００９４】さらに、運転切換信号Ｓ6 ，指令信号Ｓ7
に基づき、電池電源２３のバッテリ盤制御回路３１は開
閉器３２を開放し、前記共通の直流電源にダイオード３
３を介して電池電源２３の２次電池２９が接続され、電
池電源２３が前記共通の直流電源とともに各分散電源２
２ａ〜２２ｄの入力電源を形成する。
【００９５】したがって、災害等による系統停電時に、
各分散電源２２ａ〜２２ｄのインバータ２４が同期して
いずれも自立運転され、従来のように各分散電源２２ａ
〜２２ｄのうちの１台を運転する場合より非常負荷１０
に給電可能な電力が大きくなり、非常負荷１０を十分な
大きさにすることができる。
【００９６】しかも、電池電源２３の併用により、自立
運転時の安定給電の確保，給電電力の一層の増大等を図
ることができる。
【００９７】つぎに、動作モードスイッチ４０が充電運
転モードの接点Ｐｃに切換えられる充電運転時は、運転
切換信号Ｓ4 〜Ｓ6 等に基づき、各分散電源２２ａ〜２
２ｄのインバータ２４に充電運転指令の運転制御信号が
供給され、それぞれのインバータ２４が充電運転に切換
わってコンバータ動作するとともに、インバータ２４に
より各開閉器３４が閉成される。
【００９８】また、運転切換信号Ｓ6 ，指令信号Ｓ7 に
基づき、電池電源２３のバッテリ盤制御回路３１が開閉
器３２を閉成して充電制御を実行する。
【００９９】そして、各分散電源２２ａ〜２２ｄのイン
バータ２４は系統電力を定電流制御で直流電力に変換
し、この直流電力が電池電源２３の２次電池２９に供給
されてこの電池２９が充電される。
【０１００】この場合、大型の専用の充電設備等を別途
用意することなく、各分散電源２２ａ〜２２ｄを用いて
電池電源２３が充電され、しかも、各分散電源２２ａ〜
２２ｄのいずれか１台のコンバータ出力で充電する場合
より充電容量が増大し、各分散電源２２ａ〜２２ｄのコ
ンバータ容量による制限なく、大容量の充電電力で２次
電池２９を充電することができ、太陽光発電装置を大型
化することなく、電池電源２３の容量の増大等を図るこ
とができる。
【０１０１】なお、充電が完了すると、バッテリィ盤制
御回路３１により、開閉器３２が開放されて充電が終了
する。
【０１０２】一方、各動作モードにおける分散電源２２
ａ〜２２ｄの状態，発電量は、通知信号Ｓ10，発電量の
信号Ｓ11に基づき、制御装置２１の集中表示部４８に集
中表示される。
【０１０３】そのため、工場，ビルの監理所等の１個所
で各分散電源２２ａ〜２２ｄの運転状態を集中して監視
することができ、能率のよい運転管理が行える。
【０１０４】そして、共通の１個の制御装置２１により
各分散電源２２ａ〜２２ｄ等を集中して一括制御するた
め、各分散電源２２ａ〜２２ｄに個別に制御装置を設け
る必要がなく、しかも、従来の分散電源毎の保護リレー
を省いて無駄な過剰保護を防止することができ、著しい
小型化及び小スペース化が図れる。
【０１０５】このとき、制御装置２１と各分散電源２２
ａ〜２２ｄ等とが各光ファイバ２６，２７ａ，２７ｂ，
２８ａ，２８ｂで結ばれるため、それぞれの間の信号Ｓ
1 〜Ｓ12が外乱の影響を受けることがなく、信頼性の高
い太陽光発電装置を提供することができる利点もある。
【０１０６】そして、各太陽電池３が比較的小出力の小
型の太陽電池からなるため、この太陽光発電装置は工
場，ビル或いは一般住宅等に容易に設けることができ
る。
【０１０７】つぎに、この太陽光発電装置の具体的な設
置例について説明する。まず、図４は工場等の比較的広
い屋根を有する建物６８に設ける場合を示し、この場
合、各分散電源２２ａ〜２２ｄの太陽電池３は建物６８
の屋根に分散配置される。
【０１０８】また、各分散電源２２ａ〜２２ｄのインバ
ータ２４は、系統連系保護リレー２５とともに建物６８
の外側壁に取付けて設けられ、制御装置２１は建物６８
内の監理所等に設置される。
【０１０９】さらに、電池電源２３は建物６８外のバッ
テリ盤６９に収納して設けられる。なお、図中の７０は
建物６８の受電盤、７１は３相の各配電線である。
【０１１０】また、図４においては、電池電源２３，分
散電源２２ａ〜２２ｄ間の直流配線路等は省略してい
る。
【０１１１】つぎに、図５は分散電源を多数個にして高
層のビル７２に設ける場合を示し、この場合、各分散電
源の太陽電池３はビル７２の屋上や周壁に分散して配置
される。
【０１１２】このとき、周壁の各分散電源の太陽電池３
は、例えばビル７２の各階の全周又は一部の壁面にそれ
ぞれの各太陽電池モジュール３’をタイル状に取付けて
形成される。
【０１１３】なお、各太陽電池モジュール３’は、全部
又は窓位置の一部のモジュール３’が太陽電池ガラス等
の透光性を有する太陽電池モジュールからなる。
【０１１４】そして、図５において、図４と同一符号は
同一もしくは相当するものを示し、７３は地中配電用の
地上設置機器であり、変圧器，開閉器等からなる。Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，…はビル７２の地上の各階であ
り、Ｂ１はビル７２の地下１階である。
【０１１５】また、図５においても、電池電源２３，各
分散電源間の直流配線路等は省略している。
【０１１６】そして、分散電源の個数や制御装置２１，
各分散電源及び電池電源２３の回路構成等は実施の形態
のものに限定されるものではない。
【０１１７】また、制御装置２１と各分散電源２２ａ〜
２２ｄとの間の信号のやりとりを、通信ケーブルを介し
て有線通信信号により行うようにしてもよい。
【０１１８】さらに、この太陽光発電装置の各分散電源
は、建物に設けるだけでなく、例えば高速道路や新刊線
路等の鉄道路の防音壁等の代わりに設けてもよく、この
場合、比較的大容量発電の装置であっても設置場所の問
題等なく容易に実現することができる利点がある。
【０１１９】なお、各分散電源それぞれを発電容量が少
ない小型の一定容量の太陽電池で形成することにより、
その大量生産を行って製造コストを低減するとともに、
設置工事の標準化を図ることもできる。
【０１２０】
【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、請求項１の場合は、災害等に基づく系統停電
等の際、各分散電源２２ａ〜２２ｄの太陽電池３が並列
接続されて各分散電源２２ａ〜２２ｄの共通の１個の直
流電源を形成するとともに、制御装置２１からの共通の
動作制御のタイミング信号に基づいて各分散電源２２ａ
〜２２ｄの電力変換装置（インバータ２４）が同期して
並列自立運転されるため、大容量の直流電源の電力変換
により、非常負荷等に十分な電力を給電することがで
き、小型化を図って自立運転性能を大幅に向上すること
ができる。
【０１２１】つぎに、請求項２の場合は、制御装置２１
が各分散電源２２ａ〜２２ｄと別個であるため、各分散
電源２２ａ〜２２ｄの太陽電池３等を工場やビルの屋根
等に設け、制御装置２１をその工場やビルの管理所等に
設けて各分散電源２２ａ〜２２ｄを集中制御できる。
【０１２２】
【０１２３】
【０１２４】さらに、請求項３の場合は、電池電源２３
を備え、自立運転時に各分散電源２２ａ〜２２ｄの太陽
電池３の並列回路に電池電源２３を並列に接続して各分
散電源２２ａ〜２２ｄの共通の直流電源を形成したた
め、自立運転時の直流電源の容量を一層大きくすること
ができる。
【０１２５】しかも、充電運転により各分散電源２２ａ
〜２２ｄのインバータ２４をコンバータ動作して電池電
源２３を充電したため、大型の専用の充電設備を設ける
必要がない。
【０１２６】そのため、装置を大型化することなく、自
立運転時に十分な電力を確保して非常負荷を十分な容量
にすることができ、性能を一層向上することができる。
【０１２７】つぎに、請求項４の場合は、制御装置２１
により各分散電源２２ａ〜２２ｄの運転状態を集中して
監視することができ、運転管理等を著しく向上すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の１形態の回路結線図であ
る。
【図２】図１の一部の詳細な回路結線図である。
【図３】図１の他の一部の詳細な回路結線図である。
【図４】図１の太陽光発電装置の適用例の説明図であ
る。
【図５】太陽光発電装置の他の適用例の説明図である。
【図６】従来装置の回路結線図である。
【符号の説明】
３ 太陽電池 ２１ 制御装置 ２２ａ〜２２ｄ 分散電源 ２３ 電池電源 ２４ インバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−70533（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−190634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−89931（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−123563（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−262847（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−83881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 3/38 G05F 1/67 H02J 7/35 H02M 7/48

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 系統に接続されて連系運転される複数の
    分散電源の共通の１個の制御装置に、 系統電源の事故停電等に基づく前記各分散電源の自立運
    転時に、系統周波数の発振出力を並列自立運転の共通の
    動作制御のタイミング信号として前記各分散電源の静止
    型電力変換装置に供給する手段と、 前記並列自立運転のモード設定により前記各電力変換装
    置に並列自立運転指令用の運転制御信号を供給する手段
    とを備え、 前記各電力変換装置に、 前記各電力変換装置の出力電圧を監視する手段と、 前記並列自立運転の運転制御信号に基づき前記各分散電
    源の太陽電池を並列接続して前記各分散電源の共通の直
    流電源を形成する手段と、 前記運転制御信号に基づく並列自立運転により前記タイ
    ミング信号及び前記出力電圧の監視結果にしたがって前
    記直流電源を前記各分散電源間で同期した交流電力に変
    換する手段とを備えた ことを特徴とする太陽光発電装
    置。
  2. 【請求項２】 制御装置が前記各分散電源と別個である
    ことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
  3. 【請求項３】 各分散電源の並列自立運転及び充電運転
    のときに前記各分散電源の太陽電池の並列回路に並列に
    接続される２次電池構成の電池電源を備え、かつ、制御
    装置に、 系統周波数の発振出力を充電運転の共通の動作制御のタ
    イミング信号として前記各電力変換装置に供給する手段
    と、 充電運転のモード設定により前記各電力変換装置に充電
    運転指令の運転制御信号を供給する手段とを備え、 前記各電力変換装置に、 前記充電運転指令の運転制御信号に基づく充電運転によ
    り系統の交流電力を充電用の直流電力に変換して前記電
    池電源を充電するコンバータ機能を備え、 並列自立運転時に前記各分散電源の太陽電池及び前記電
    池電源により前記各分 散電源の共通の直流電源を形成
    し、 充電運転時に前記各電力変換装置の前記充電用の直流電
    力により前記電池電源を充電するようにした ことを特徴
    とする請求項１又は請求項２記載の太陽光発電装置。
  4. 【請求項４】 各電力変換装置に、太陽電池の出力電力
    に基づく発電量の監視信号，運転可否の信号等の各分散
    電源の運転状態の信号を制御装置に供給する手段を備
    え、 前記制御装置に、前記各電力変換装置から供給された運
    転状態の信号に基づき前記各分散電源の運転状態を集中
    表示する手段を備えた ことを特徴とする請求項１，請求
    項２又は請求項３記載の太陽光発電装置。
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