JP3432882B2 - 単独運転検出方法 - Google Patents

単独運転検出方法

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JP3432882B2 JP02797594A JP2797594A JP3432882B2 JP 3432882 B2 JP3432882 B2 JP 3432882B2 JP 02797594 A JP02797594 A JP 02797594A JP 2797594 A JP2797594 A JP 2797594A JP 3432882 B2 JP3432882 B2 JP 3432882B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、系統連系システムにお
ける単独運転検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、太陽電池や燃料電池などの数KW
程度の直流電源と、その出力を交流に変換するインバー
タとを備えた分散電源設備を商用電力系統と連系(接
続)し、家電製品などの負荷に給電するとともに電力系
統に逆潮流する系統連系システムが種々提案されてい
る。
【0003】系統連系システムでは、商用電力系統の保
全作業の安全を確保するため、商用電力系統の不測の停
電時及び作業停電時において、直ちにインバータの動作
を停止させるか、又は直ちに開閉器を作動させて連系を
解除することにより、インバータを商用電力系統から解
列させる機能、すなわちインバータの単独運転を防止す
る機能が不可欠である。
【0004】そこで、系統停電時にインバータ出力と負
荷の消費電力とがほぼ等しい負荷平衡状態であるか否か
に係わらず、単独運転を検出する種々の単独運転検出方
法が提案されている。例えば、受動的な検出方法として
は、並列運転から単独運転への移行時における連系点の
電圧位相の急激な変化を検出する電圧位相跳躍検出方
法、周波数の急激な変化を検出する周波数変化率検出方
法、及び柱上トランスの励磁特性に起因した3次高調波
成分の急激な増加を検出する3次高調波電圧歪急増検出
方法などがある。なお、急激な変化と緩やかな変化との
識別は、一定の周期で状態値を測定し、前回の測定値を
基準値として増減の度合いを判定する差分判定により可
能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の受動的
な検出方法では、並列運転中に負荷変動などによって単
独運転移行時と同様の状態変化が生じたときに、誤検出
の発生する可能性があった。例えば、電流制御形インバ
ータを備えたシステムで用いられる3次高調波電圧歪急
増検出方法では、空調機器に代表されるコンデンサ入力
型の機器の始動時などに、誤検出が発生し易い。誤検出
が頻発すると、不要の運転停止期間が長くなって太陽電
池などの電源の利用率が損なわれる。
【0006】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、誤検出を防止して信頼性を高めることを目的
としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明に係る方法は、
上述の課題を解決するため、直流電源と、該直流電源か
ら発生する直流電力を交流電力に変換するインバータを
備え、前記インバータと商用電力系統と連系して負荷へ
電力を供給すると共に、前記商用電力系統との連系点に
おける状態が変化し、該状態変化が一定時間継続したこ
とを検知して前記インバータの単独運転状態を検出する
方法であって、前記状態変化が前記一定時間継続しなか
った場合に、前記インバータの出力を減少させ、その際
の前記連系点の電圧低下を検知して前記インバータの単
独運転状態を検出する単独運転状態として検出するもの
である。
【0008】そして、具体的には前記状態変化として、
前記連系点における高調波成分の急増を検知する構成と
してもよい。
【0009】
【作用】並列運転時において、連系点の電圧振幅は、商
用電力系統によって規定され、インバータの出力状態変
化を含む比較的に大きな負荷変動に係わらずほぼ一定で
ある。これに対して、単独運転時において、連系点の電
圧振幅はインバータの出力状態に依存する。
【0010】したがって、連系点における高調波成分の
急増などの状態変化を検出したとき、すなわち単独運転
移行時の可能性がある場合に、出力電流の振幅を減少さ
せるインバータ制御を行って、それに応じた電圧振幅の
減少の有無を検出することにより、単独運転移行時の状
態変化と他の場合の状態変化とを識別し、確実に単独運
転を検出することができる。
【0011】
【実施例】図1は本発明を適用した太陽光発電システム
1の回路構成を示すブロック図、図2はPWM制御部2
2の構成を機能的に示すブロック図、図3は3次高調波
抽出部40の構成を示すブロック図である。
【0012】図1において、太陽光発電システム1は、
定格電圧が200V程度の太陽電池10と、電圧形電流
制御方式のインバータ20とから構成され、図示しない
配電盤や電力計などを介して商用電力系統2と連系され
ている。配電線3には各種の家電製品などの負荷Zが接
続されている。
【0013】インバータ20は、複数のスイッチング素
子からなるインバータ主回路21、PWM制御部22、
出力電流Ioを検出する変流器CT、出力電圧(連系点
の電圧)Voを検出する変圧器PT、マイクロコンピュ
ータ24、3次高調波抽出部40、及び系統保護用の遮
断器CBなどから構成されている。なお、PWM制御部
22及びマイクロコンピュータ24には、変圧器PTに
よって例えば1/30に降圧された出力電圧Voが入力
される。
【0014】PWM制御部22は、インバータ主回路2
1のスイッチング制御を担い、太陽電池10の出力電圧
(直流入力電圧)Viがマイクロコンピュータ24によ
って与えられる電圧指令値Vrefと一致するように、
出力電流Ioを調整する。
【0015】すなわち、PWM制御部22では、図2の
ように、比較部221によって電圧Viと電圧指令値V
refとの差を示す入力誤差信号Saが生成される。こ
のとき、電圧Viの検出には例えばアイソレーション増
幅器220が用いられる。また、電圧指令値Vrefと
して、通常は太陽電池10の最適動作電圧の近辺の値が
設定される。乗算処理部223によって、入力誤差信号
Saとバンドパスフィルタ部222が抽出した出力電圧
Voの基本周波数成分Sbとの乗算が行われ、制御目標
値を示す電流指令値信号Siが生成される。電流指令値
信号Siには、エラー増幅部224で出力電流Ioのフ
ィードバック信号Scによる補正及び適当な増幅が施さ
れる。補正後の電流指令値信号Siに基づいて、パルス
生成部225によって、スイッチング素子の導通期間を
規定するPWMパルスPwmが生成される。そのPWM
パルスPwmがゲート回路226を介してドライバ回路
227へ送られ、ドライバ回路227によってインバー
タ主回路21の制御信号であるスイッチングパルスPs
wが生成される。
【0016】マイクロコンピュータ24は、インバータ
20の全体制御を担い、上述の電圧指令値Vrefを適
当に設定してPWM制御部22に与えるとともに、3次
高調波抽出部40の出力信号Shvに基づいて単独運転
状態を検出する。
【0017】3次高調波抽出部40は、図3のように、
入力レベル調整部41、適当にレベル調整された連系点
電圧Voから3次高調波成分を抽出するバンドパスフィ
ルタ42、抽出された3次高調波成分の全波整流を行う
絶対値回路43、及び3次高調波成分の振幅に応じた電
圧レベルの高調波抽出信号Shvを出力する積分回路4
4から構成されている。
【0018】次に、マイクロコンピュータ24が実行す
る単独運転検出処理の内容を説明する。図4は単独運転
検出処理のフローチャートである。
【0019】マイクロコンピュータ24は、アナログポ
ートに入力された高調波抽出信号Shvを一定周期(例
えば10ms)でサンプリングし、それと並行して複数
回分(例えば5回分)のサンプリング値の平均値を求
め、その平均値を3次高調波成分の検出値Vinとして
取り込む。つまり、50(=10×5)msの周期で3
次高調波成分を測定する(#11)。
【0020】検出値Vinを取り込む毎に、3次高調波
成分の急増の有無の判定(差分判定)を行う(#1
2)。ここでの差分判定は、単位時間当たりの変化量Δ
Vとして、新たに取り込んだ検出値Vinと基準値Vb
aseとの差を求め、変化量ΔVが所定の閾値Vthを
越えるか否かを調べる処理である。閾値Vthとして
は、例えば商用電力系統2の基準電圧が101V(実効
値)の場合、連系点での電圧レベルに換算して0.7〜
1V程度の値が選定される。
【0021】変化量ΔV(=Vin−Vbase)が閾
値Vthを越えない場合、すなわち明らかに単独運転状
態でない場合は、次回の差分判定に備えて基準値Vba
seの更新を行う(#21)。ただし、今回の判定対象
の検出値Vinをそのまま基準値Vbaseとして設定
するのではなく、次回の差分判定の基準値Vbaseと
して、検出値Vinと現時点の基準値Vbaseとの荷
重平均値を設定する。このとき、現時点の基準値Vba
seの重み付けを、検出値Vinよりも大きい値(例え
ば数倍程度)とする。
【0022】このように荷重平均値を基準値Vbase
とすることにより、基準値Vbaseが、ノイズの無い
理想状態における3次高調波成分の値に近い値となり、
次回の検出で得られた検出値Vinに対して適正な差分
判定を行うことができる。
【0023】一方、3次高調波成分が急増し、ステップ
#12の差分判定において変化量ΔVが閾値Vthを越
えた場合には、連系解除をする必要のない瞬間的な系統
停電などと他とを区別するため、3次高調波成分の高レ
ベル状態が一定時間T以上にわたって持続したか否かを
判別する。ここでの一定時間Tは、例えば0.2〜0.
3sであり、3次高調波成分の検出周期である50ms
より十分に長く、且つ商用電力系統2の運用で規定され
ている受動的停電検出の反応時間(例えば0.5s)よ
り短い時間である。
【0024】3次高調波成分の高レベル状態が一定時間
T以上にわたって持続した場合は、直ちに運転停止処理
を実行する(#13、#16)。これに対して、3次高
調波成分の高レベル状態が一定時間T以上にわたって持
続しなかった場合、すなわち単独運転状態の疑いがある
場合は、出力低減制御として、太陽電池動作電圧を規定
する電圧指令値Vrefを、出力電圧Voが低下する方
向に大幅(例えば1/2,1/3,1/4など)に変更
してPWM制御部22に与える(#14)。ただし、過
渡特性に依存する出力の乱れを防止するため、電圧指令
値Vrefの変更は段階的に行う。
【0025】単独運転状態であれば、連系点電圧Voは
インバータ20の出力に依存するので、出力低減制御に
よって連系点電圧Voが低下する。連系点電圧Voが設
定範囲の下限(例えば基準電圧が101Vの場合には9
5V)より低い出力異常を検知した時点で、直ちに運転
停止処理を実行する(#15、16)。運転停止処理で
は、ゲート回路226及び遮断器CBをオフ状態とする
制御信号Sf1,Sf2を出力し、インバータ主回路2
1の各スイッチング素子のゲートブロックを行うととも
に、インバータ20を商用電力系統2から切り離す。こ
の2重の安全策によりインバータ20の単独運転が防止
される。
【0026】また、出力低減制御に対する応答遅れを考
慮し、出力低減制御の実施後に時限カウンタによる例え
ば50msの計時が終了するまで、出力異常の有無の判
定を繰り返す(#15,17,18)。計時中に出力異
常を検知しなかった場合は、単独運転状態ではないの
で、この場合は電圧指令値Vrefを変更前の値に戻す
出力復帰制御を行い(#19)、時限カウンタを初期化
する(#20)。
【0027】上述の実施例によれば、一定時間Tにわた
って3次高調波成分の高レベル状態が持続しなかったと
きに、出力低減制御を行うようにしたので、瞬間的な3
次高調波成分の急増に呼応した無用の出力抑制を避ける
ことができ、太陽電池10の発電電力の損失を最小限に
抑えることができる。
【0028】上述の実施例において、マイクロコンピュ
ータ24と別個に系統異常検出回路を設け、系統異常検
出回路からの信号によりマイクロコンピュータ24が出
力異常を検知するようにしてもよい。また、PWM制御
部22や3次高調波抽出部40の機能をディジタル信号
プロセッサ(DSP)を用いて実現してもよい。その
他、インバータ20の回路構成、及び単独運転検出処理
の内容については、種々の変更が可能である。
【0029】上述の実施例においては、3次高調波成分
の急増の有無によって単独運転を検出する例を示した
が、連系点電圧の位相や周波数などの急変の有無によっ
て単独運転を検出する場合にも、本発明を適用すること
ができる。また、燃料電池などの太陽電池以外の直流電
源を備えた分散電源設備の単独運転検出にも適用するこ
とができる。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、誤検出を防止して信頼
性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した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2】PWM制御部の構成を機能的に示すブロック図
である。
【図3】3次高調波抽出部の構成を示すブロック図であ
る。
【図4】単独運転検出処理のフローチャートである。
【符号の説明】
2 商用電力系統 20 インバータ Vo 出力電圧 Shv 高調波抽出信号(3次高調波成分)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−156229(JP,A) 特開 昭61−92131(JP,A) 実開 昭63−143026(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 3/00 - 5/00 G01R 19/165

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と、該直流電源から発生する直
    流電力を交流電力に変換するインバータを備え、前記イ
    ンバータと商用電力系統と連系して負荷へ電力を供給す
    ると共に、前記商用電力系統との連系点における状態が
    変化し、該状態変化が一定時間継続したことを検知して
    前記インバータの単独運転状態を検出する方法であっ
    て、 前記状態変化が前記一定時間継続しなかった場合に、前
    記インバータの出力を減少させ、その際の前記連系点の
    電圧低下を検知して前記インバータの単独運転状態を
    出することを特徴とする単独運転検出方法。
  2. 【請求項2】 前記状態変化は、前記連系点における高
    調波成分の急増であることを特徴とする請求項1記載の
    単独運転検出方法。
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