JP3180991B2 - 系統連系保護装置 - Google Patents
系統連系保護装置Info
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- JP3180991B2 JP3180991B2 JP10630893A JP10630893A JP3180991B2 JP 3180991 B2 JP3180991 B2 JP 3180991B2 JP 10630893 A JP10630893 A JP 10630893A JP 10630893 A JP10630893 A JP 10630893A JP 3180991 B2 JP3180991 B2 JP 3180991B2
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- inverter
- voltage
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- load
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直流電力をインバ―タ
で交流電力に変換し電力系統に連系している場合の系統
連系保護装置に関する。
で交流電力に変換し電力系統に連系している場合の系統
連系保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の系統連系インバ―タの回路および
保護装置の代表例を図５に示しその構成について説明す
る。太陽電池や燃料電池などの直流電源１からインバ―
タブリッジ２を介して交流電力に変換し、リアクトル
３、コンデンサ４から成るフィルタ回路によりＰＷＭに
よる高周波成分をフィルタし、電流検出器５で電流を検
出して、ＰＷＭ制御により交流電源へ注入する電流を力
率１に制御することが行われている。
保護装置の代表例を図５に示しその構成について説明す
る。太陽電池や燃料電池などの直流電源１からインバ―
タブリッジ２を介して交流電力に変換し、リアクトル
３、コンデンサ４から成るフィルタ回路によりＰＷＭに
よる高周波成分をフィルタし、電流検出器５で電流を検
出して、ＰＷＭ制御により交流電源へ注入する電流を力
率１に制御することが行われている。
【０００３】交流電源（交流系統）８から柱上変圧器６
を介して降圧し、遮断器７を通って一般家庭の負荷９に
電力が供給されている。我国では単相３線式でＡＣ２０
０Ｖ（中点間はそれぞれ１００Ｖ）が供給されるのが一
般的である。現在では１００Ｖ負荷が多いが今後２００
Ｖ負荷が増加する傾向にある。
を介して降圧し、遮断器７を通って一般家庭の負荷９に
電力が供給されている。我国では単相３線式でＡＣ２０
０Ｖ（中点間はそれぞれ１００Ｖ）が供給されるのが一
般的である。現在では１００Ｖ負荷が多いが今後２００
Ｖ負荷が増加する傾向にある。
【０００４】直流電源１が太陽電池の場合は太陽電源か
ら最大電力を取り出すために電圧基準10と直流電源１の
電圧が比例するよう制御する電圧一定制御が行われてい
る。電圧基準10と直流電源１の電圧差を増幅器11で増幅
し出力Ｖ11を電流基準回路12により交流電源ＶACからバ
ンドパスフィルタ16を介した正弦波とＶ11を掛算して交
流電流基準Ｖ12を出力する。
ら最大電力を取り出すために電圧基準10と直流電源１の
電圧が比例するよう制御する電圧一定制御が行われてい
る。電圧基準10と直流電源１の電圧差を増幅器11で増幅
し出力Ｖ11を電流基準回路12により交流電源ＶACからバ
ンドパスフィルタ16を介した正弦波とＶ11を掛算して交
流電流基準Ｖ12を出力する。
【０００５】Ｖ12と電流検出器５の出力を比較し増幅器
13で増幅しＰＷＭ回路14によりＰＷＭ信号に変換し駆動
回路15によりインバ―タブリッジ２をＰＷＭすることに
より交流電源に注入する電流を電流基準Ｖ12に比例する
ような制御を行っている。
13で増幅しＰＷＭ回路14によりＰＷＭ信号に変換し駆動
回路15によりインバ―タブリッジ２をＰＷＭすることに
より交流電源に注入する電流を電流基準Ｖ12に比例する
ような制御を行っている。
【０００６】このような配電系統における問題点は、交
流電源８から変圧器６を経て遮断器７を通って供給して
いる電力が、遮断器７を開にして配電系統を遮断して保
守などを行う場合、負荷９の電力とインバ―タから供給
する電力が無効電力を含めてバランスしている時の保護
である。
流電源８から変圧器６を経て遮断器７を通って供給して
いる電力が、遮断器７を開にして配電系統を遮断して保
守などを行う場合、負荷９の電力とインバ―タから供給
する電力が無効電力を含めてバランスしている時の保護
である。
【０００７】従来、一般的には、電圧リレ―17と周波数
リレ―18によりインバ―タが接続されている交流電圧Ｖ
ACを監視し、異常になったことを検出し、異常検出回路
19によりインバ―タ駆動回路15を介してインバ―タを停
止し、場合によっては、インバ―タ出力に直列に挿入し
た接点を開として電力系統からインバ―タを解列してい
る。
リレ―18によりインバ―タが接続されている交流電圧Ｖ
ACを監視し、異常になったことを検出し、異常検出回路
19によりインバ―タ駆動回路15を介してインバ―タを停
止し、場合によっては、インバ―タ出力に直列に挿入し
た接点を開として電力系統からインバ―タを解列してい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが負荷９の有効
電力，無効電力とインバ―タから出力される有効電力，
無効電力がバランスしていると遮断器７が開となっても
負荷９には電圧が保たれて運転が継続することがある。
このことをアイランディング（islanding ）と呼んでい
る。
電力，無効電力とインバ―タから出力される有効電力，
無効電力がバランスしていると遮断器７が開となっても
負荷９には電圧が保たれて運転が継続することがある。
このことをアイランディング（islanding ）と呼んでい
る。
【０００９】このアイランディングを防いで系統を保護
する方法として多くの提案がなされている。その主なも
のは次の通りである。 （１） 周波数変動方式、インバ―タ制御回路へ入力す
る系統参照電圧の位相に一定量のシフトをかけ、配電線
停止時にフィ―ドバック効果によりインバ―タ出力周波
数をずらせてこれを検出する方法である。（特開平3-25
6534のゆらぎ回路21） しかしこの方法では有効電力と無効電力が完全にバラン
スすると周波数や電圧が変化せず検出できない。 （２） 電力変動方式、インバ―タから出力する電力を
低周波で振動させバランスをくずして検出する方法（特
開平3-239124のゆらぎ回路21） しかしこの方法はインバ―タが多数台並列に接続される
と電力振動の位相がバラバラとなり全体で見ると電力変
動がない状態となり検出できない。 （３） 高調波電圧監視法 アイランディング時、電圧に第３，第５，第７高調波が
増加することにより検出する方法（高調波検出回路20） この方法、現在のように、インバ―タエアコン，テレビ
などのようなコンデンサインプット形整流回路の電源が
多く使用されるようになると定常時に第３，第５，第７
高調波が増加しているので検出の信頼性が著しく低下す
る。
する方法として多くの提案がなされている。その主なも
のは次の通りである。 （１） 周波数変動方式、インバ―タ制御回路へ入力す
る系統参照電圧の位相に一定量のシフトをかけ、配電線
停止時にフィ―ドバック効果によりインバ―タ出力周波
数をずらせてこれを検出する方法である。（特開平3-25
6534のゆらぎ回路21） しかしこの方法では有効電力と無効電力が完全にバラン
スすると周波数や電圧が変化せず検出できない。 （２） 電力変動方式、インバ―タから出力する電力を
低周波で振動させバランスをくずして検出する方法（特
開平3-239124のゆらぎ回路21） しかしこの方法はインバ―タが多数台並列に接続される
と電力振動の位相がバラバラとなり全体で見ると電力変
動がない状態となり検出できない。 （３） 高調波電圧監視法 アイランディング時、電圧に第３，第５，第７高調波が
増加することにより検出する方法（高調波検出回路20） この方法、現在のように、インバ―タエアコン，テレビ
などのようなコンデンサインプット形整流回路の電源が
多く使用されるようになると定常時に第３，第５，第７
高調波が増加しているので検出の信頼性が著しく低下す
る。
【００１０】以上のような方法では欠点が多く確実なア
イランディング検出ができなかった。本発明は、上記の
問題に鑑みてなされたもので、アイランディング時に確
実で信頼性の良い検出を行いインバ―タ停止により停電
を行うことを目的としている。
イランディング検出ができなかった。本発明は、上記の
問題に鑑みてなされたもので、アイランディング時に確
実で信頼性の良い検出を行いインバ―タ停止により停電
を行うことを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、直流電力を交流電力に変換し単相３線式
の交流系統へ連係するインバータを備えた系統連系保護
装置において、前記単相３線式の２つの線間電圧を比較
して異常状態を検出したとき、前記インバータの無効電
力を含む出力電力を変動させ、電圧異常あるいは周波数
異常を検出して前記インバータの運転を停止させる。
め、本発明は、直流電力を交流電力に変換し単相３線式
の交流系統へ連係するインバータを備えた系統連系保護
装置において、前記単相３線式の２つの線間電圧を比較
して異常状態を検出したとき、前記インバータの無効電
力を含む出力電力を変動させ、電圧異常あるいは周波数
異常を検出して前記インバータの運転を停止させる。
【００１２】
【００１３】
【作用】アイランディング時、インバータ出力電力と負
荷の電力がバランスしている時でも無効電力を含めて完
全にバランスする確率は殆どなく、単相３線式の２つの
線間電圧の電圧差（位相差，高調波を含む）を検出する
ことでアイランディングを検出して、アイランディング
を検出したとき、インバータの出力電力を変動させ電圧
や周波数を変化させることにより異常状態を検出してイ
ンバータを停止させる。
荷の電力がバランスしている時でも無効電力を含めて完
全にバランスする確率は殆どなく、単相３線式の２つの
線間電圧の電圧差（位相差，高調波を含む）を検出する
ことでアイランディングを検出して、アイランディング
を検出したとき、インバータの出力電力を変動させ電圧
や周波数を変化させることにより異常状態を検出してイ
ンバータを停止させる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図１に示しその構成を説明
する。図５と同一部分は同一番号を符したので説明は省
略する。負荷９ａはＬ1 ，Ｌ2 間（一般には２００Ｖ）
に接続され、負荷９ｂはＬ2 と中点（ア―ス）間に、負
荷９ｃはＬ1 と中点（ア―ス）間に接続されている。
する。図５と同一部分は同一番号を符したので説明は省
略する。負荷９ａはＬ1 ，Ｌ2 間（一般には２００Ｖ）
に接続され、負荷９ｂはＬ2 と中点（ア―ス）間に、負
荷９ｃはＬ1 と中点（ア―ス）間に接続されている。
【００１５】差電圧検出回路22はＬ1 と中点間とＬ2 と
中点間の電圧差を検出しレベル検出器23でレベル判定し
設定値以上になると異常と判断し時間函数回路24の出力
Ｖ24を出す。掛算回路25によりＶ11とＶ24を掛算した値
Ｖ25を電流基準回路12の入力として交流電流基準Ｖ12の
大きさを変動させるよう構成する。
中点間の電圧差を検出しレベル検出器23でレベル判定し
設定値以上になると異常と判断し時間函数回路24の出力
Ｖ24を出す。掛算回路25によりＶ11とＶ24を掛算した値
Ｖ25を電流基準回路12の入力として交流電流基準Ｖ12の
大きさを変動させるよう構成する。
【００１６】インバ―タ出力と負荷９ａ，９ｂ，９ｃの
合成負荷がバランスしている時、遮断器７を開放した場
合を考える。このような場合の等価回路は図２となって
いる。
合成負荷がバランスしている時、遮断器７を開放した場
合を考える。このような場合の等価回路は図２となって
いる。
【００１７】インバ―タ出力電流ｉINV は交流電圧と同
相の正弦波（力率１）になるよう制御する電流制御形イ
ンバ―タが太陽電池を使用した系統連系用には使用され
ている。
相の正弦波（力率１）になるよう制御する電流制御形イ
ンバ―タが太陽電池を使用した系統連系用には使用され
ている。
【００１８】このため負荷力率が１でインバ―タ出力と
バランスしている場合遮断器７を開放しても交流電源
（この場合負荷の電圧）の電圧値も周波数もほとんど変
化せず長時間運転をつづてしまうことが非常にまれでは
あるが発生することがある。
バランスしている場合遮断器７を開放しても交流電源
（この場合負荷の電圧）の電圧値も周波数もほとんど変
化せず長時間運転をつづてしまうことが非常にまれでは
あるが発生することがある。
【００１９】図２においてＡ，Ｂ端から見た負荷電流と
インバ―タ出力電流が完全にバランスする確率は極めて
少なく、今この確率を１０-4と仮定する。この状態で、
Ａと中点間０の電圧（負荷９ｂの電圧）をＶ1 、Ｂと中
点間０との電圧Ｖ2 とする。遮断器７が閉の場合は変圧
器６の作用で となっているが、遮断器７が開となった後は、負荷９ｂ
と負荷９ｃのインピ―ダンスでＶ1 とＶ2 が決定され
る。
インバ―タ出力電流が完全にバランスする確率は極めて
少なく、今この確率を１０-4と仮定する。この状態で、
Ａと中点間０の電圧（負荷９ｂの電圧）をＶ1 、Ｂと中
点間０との電圧Ｖ2 とする。遮断器７が閉の場合は変圧
器６の作用で となっているが、遮断器７が開となった後は、負荷９ｂ
と負荷９ｃのインピ―ダンスでＶ1 とＶ2 が決定され
る。
【００２０】このためアイランディング時Ｖ1 ＋Ｖ2 は
正常値が保たれている場合でもＶ1−Ｖ2 を見るとＶ1
−Ｖ2 ＝０となる確率は９ｂと９ｃの負荷が無効電力を
含めてバランスしていることが必要であり、この確率は
極めて低い。
正常値が保たれている場合でもＶ1−Ｖ2 を見るとＶ1
−Ｖ2 ＝０となる確率は９ｂと９ｃの負荷が無効電力を
含めてバランスしていることが必要であり、この確率は
極めて低い。
【００２１】さらにＶ1 −Ｖ2 ＝０となるためには高調
波を含めて負荷インピ―ダンスが一致する必要があるの
でこれらの条件を満足する確率はアイランディングが成
立する確率とほぼ同じ程度以上と考えられる。
波を含めて負荷インピ―ダンスが一致する必要があるの
でこれらの条件を満足する確率はアイランディングが成
立する確率とほぼ同じ程度以上と考えられる。
【００２２】この様子を図３に示す。 （ａ）は負荷インピ―ダンスが高調波，力率を含めて一
致している場合 （ｂ）は負荷の力率のみが異る場合 （ｃ）は負荷の有効電力のみが異る場合 （ｄ）は高調波分のみが異る場合（負荷の電流波形のみ
が異る場合） を示す。
致している場合 （ｂ）は負荷の力率のみが異る場合 （ｃ）は負荷の有効電力のみが異る場合 （ｄ）は高調波分のみが異る場合（負荷の電流波形のみ
が異る場合） を示す。
【００２３】（ａ）以外はＶ1 −Ｖ2 ＞０となり異常が
検出できる。このような検出法を取ればアイランディン
グ時に となる確率は１０-4×１０-4＝１０-8程度となり実用上
考える必要がない確率となる。
検出できる。このような検出法を取ればアイランディン
グ時に となる確率は１０-4×１０-4＝１０-8程度となり実用上
考える必要がない確率となる。
【００２４】図１では、この原理によりＶ1 −Ｖ2 を差
電圧検出回路22により求め、この値がレベル検出器23で
設定したレベル以上になると、時間函数発生回路24によ
り時間的に変化する（例えば時間とともに低下、又はゆ
るやかに振動する）信号を出し掛算回路25によりＶ11と
掛算することによりインバ―タ出力電流を変化させると
負荷とのバランスが失われ配電線の電圧や周波数がすみ
やかに変化し、電圧リレ―や周波数リレ―により異常を
検出してインバ―タを停止させる。
電圧検出回路22により求め、この値がレベル検出器23で
設定したレベル以上になると、時間函数発生回路24によ
り時間的に変化する（例えば時間とともに低下、又はゆ
るやかに振動する）信号を出し掛算回路25によりＶ11と
掛算することによりインバ―タ出力電流を変化させると
負荷とのバランスが失われ配電線の電圧や周波数がすみ
やかに変化し、電圧リレ―や周波数リレ―により異常を
検出してインバ―タを停止させる。
【００２５】本実施例によれば、アイランディング検出
を確実にすることができる。この方法は極めて容易で経
済的であるがアイランディング検出の確率が実用上１と
考えることがきる極めて有効な方法である。
を確実にすることができる。この方法は極めて容易で経
済的であるがアイランディング検出の確率が実用上１と
考えることがきる極めて有効な方法である。
【００２６】なお図１ではレベル検出器が異常と判定し
た後時間函数回路24により時間的にインバ―タ出力電流
を変化させているが、この変化は段階的変化や傾斜変化
の他にゆらぎの変化を導入してもよい。同じ制御方式に
すればゆらぎの開始時間も一致するので多数台のインバ
―タが同期して変化するので効果を打ち消すことはな
い。
た後時間函数回路24により時間的にインバ―タ出力電流
を変化させているが、この変化は段階的変化や傾斜変化
の他にゆらぎの変化を導入してもよい。同じ制御方式に
すればゆらぎの開始時間も一致するので多数台のインバ
―タが同期して変化するので効果を打ち消すことはな
い。
【００２７】また、レベル検出器23の出力で即インバ―
タを停止し、系統からインバ―タを解列することも可能
である。図１に示した制御や演算，アイランディング検
出回路はマイクロコンピュ―タを使うことにより比較的
容易に実現できることは説明するまでもない。Ｖ1 ，Ｖ
2 の電位値，位相差，高調波分を別々に検出比較するこ
とも可能である。また、差電圧の状態（大きさ，調波
分，位相）が変化したことを検出することもマイクロコ
ンピュ―タでは容易に可能となる。
タを停止し、系統からインバ―タを解列することも可能
である。図１に示した制御や演算，アイランディング検
出回路はマイクロコンピュ―タを使うことにより比較的
容易に実現できることは説明するまでもない。Ｖ1 ，Ｖ
2 の電位値，位相差，高調波分を別々に検出比較するこ
とも可能である。また、差電圧の状態（大きさ，調波
分，位相）が変化したことを検出することもマイクロコ
ンピュ―タでは容易に可能となる。
【００２８】また図４に示すように、インバ―タが１線
とア―ス間即ち１００Ｖ回路に接続されている場合は電
圧リレ―や周波数リレ―が接続されていない他の２線間
の電圧からＶ1 −Ｖ2 ＝ｋを求めこのｋの値が一定値以
上の場合異常と判別できることは勿論であり、変圧器の
巻数比が異る場合はその係数を考慮すれば同様な方法が
採用できることは説明するまでもない。
とア―ス間即ち１００Ｖ回路に接続されている場合は電
圧リレ―や周波数リレ―が接続されていない他の２線間
の電圧からＶ1 −Ｖ2 ＝ｋを求めこのｋの値が一定値以
上の場合異常と判別できることは勿論であり、変圧器の
巻数比が異る場合はその係数を考慮すれば同様な方法が
採用できることは説明するまでもない。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンバ―タが接続されている線間以外の線間電圧の理論電
圧と位相の差，高調波差を検出する回路を追加すること
によりアイランディング検出確度を著しく改善し、実用
上全く問題とする必要がない確実さでアイランディング
時インバ―タを配電系統から解列することができる系統
連系保護装置を提供することができる。
ンバ―タが接続されている線間以外の線間電圧の理論電
圧と位相の差，高調波差を検出する回路を追加すること
によりアイランディング検出確度を著しく改善し、実用
上全く問題とする必要がない確実さでアイランディング
時インバ―タを配電系統から解列することができる系統
連系保護装置を提供することができる。
【図１】本発明の実施例
【図２】上記実施例の動作を説明する図
【図３】上記実施例の動作を説明する図
【図４】本発明の他の実施例
【図５】従来の実施例
１…直流電源 ２…インバ―タブリッジ ３…リアクト
ル ４…コンデンサ ５…電流検出器 ６…変圧器 ７…遮断器 ８…交流電
源 ９…負荷 10…電圧基準 11…増幅器 12…電流基準回路 13…増
幅器 14…ＰＷＭ回路 15…駆動回路 16…バンドパスフィル
タ 17…電圧リレ― 18…周波数リレ― 19…異常検出回路 20…高周波検出
回路 21…ゆらぎ回路 22…差電圧検出回路 23…レベル検出
回路 24…時間函数回路 25…掛算回路
ル ４…コンデンサ ５…電流検出器 ６…変圧器 ７…遮断器 ８…交流電
源 ９…負荷 10…電圧基準 11…増幅器 12…電流基準回路 13…増
幅器 14…ＰＷＭ回路 15…駆動回路 16…バンドパスフィル
タ 17…電圧リレ― 18…周波数リレ― 19…異常検出回路 20…高周波検出
回路 21…ゆらぎ回路 22…差電圧検出回路 23…レベル検出
回路 24…時間函数回路 25…掛算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−111165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−40373（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/48 H02H 7/122 H02J 3/38
Claims (1)
- 【請求項１】 直流電力を交流電力に変換し単相３線式
の交流系統へ連係するインバータを備えた系統連系保護
装置において、前記単相３線式の２つの線間電圧を比較
して異常状態を検出したとき、前記インバータの無効電
力を含む出力電力を変動させ、電圧異常あるいは周波数
異常を検出して前記インバータの運転を停止させること
を特徴とする系統連系保護装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10630893A JP3180991B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 系統連系保護装置 |
| AU41405/93A AU655889B2 (en) | 1992-06-24 | 1993-06-22 | Inverter protection device |
| EP93304911A EP0576271B1 (en) | 1992-06-24 | 1993-06-23 | Inverter protection device |
| DE69320425T DE69320425T2 (de) | 1992-06-24 | 1993-06-23 | Wechselrichterschutzeinrichtung |
| KR1019930011588A KR0142026B1 (ko) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | 인버터 보호장치 |
| US08/080,790 US5493485A (en) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Protection device for stopping operation of an inverter |
| CN93109448A CN1036036C (zh) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | 逆变器保护装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10630893A JP3180991B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 系統連系保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06327258A JPH06327258A (ja) | 1994-11-25 |
| JP3180991B2 true JP3180991B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=14430372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10630893A Expired - Fee Related JP3180991B2 (ja) | 1992-06-24 | 1993-05-07 | 系統連系保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3180991B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5627737A (en) * | 1993-09-13 | 1997-05-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Power inverter for use in system interconnection |
| US7078825B2 (en) | 2002-06-18 | 2006-07-18 | Ingersoll-Rand Energy Systems Corp. | Microturbine engine system having stand-alone and grid-parallel operating modes |
| US7161257B2 (en) | 2004-03-08 | 2007-01-09 | Ingersoll-Rand Energy Systems, Inc. | Active anti-islanding system and method |
| JP5252467B2 (ja) * | 2007-04-04 | 2013-07-31 | シャープ株式会社 | 系統連系インバータ |
| JP5873289B2 (ja) * | 2011-10-25 | 2016-03-01 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP10630893A patent/JP3180991B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06327258A (ja) | 1994-11-25 |
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