JP3533090B2 - 太陽光発電システム - Google Patents
太陽光発電システムInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池を用いて
発電する分散電源と商用電源との系統連系を行なうよう
にした太陽光発電システムに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、太陽電池からなる直流電源を用い
インバータ回路により交流電力に電力変換する分散電源
を商用電源に系統連系し、負荷に交流電力を供給するよ
うにした太陽光発電システムが各種提案されている。 【０００３】この種の太陽光発電システムは、たとえば
図５に示すように、単相３線の商用電源３に漏電ブレー
カよりなる主幹ブレーカ２０を介して接続した幹線と分
散電源との間に解列開閉器１０を介在させてある。負荷
４には幹線を通して電力が供給され、負荷４に対して商
用電源３と分散電源とのどちらからも電力が供給可能に
なっている。分岐ブレーカなどは図では省略している。
分散電源は、多数の太陽電池セルを配列してパネル状と
した太陽電池１を備え、太陽電池１から出力される直流
電圧を昇圧チョッパ回路よりなる昇圧回路５により昇圧
し、昇圧回路５の出力電圧をインバータ回路６により交
流電圧に電力変換するように構成されている。インバー
タ回路６の出力はフィルタ回路７を通して解列開閉器１
０に接続される。このフィルタ回路７によりインバータ
回路６から出力されるパルス列が正弦波状に波形整形さ
れる。昇圧回路５およびインバータ回路６は、それぞれ
スイッチング素子５２，６１〜６４を備え、これらのス
イッチング素子５２，６１〜６４は制御部８により制御
される。ここに、スイッチング素子５２，６１〜６４に
はＩＧＢＴを用いている。 【０００４】ところで、制御部８は各種の異常が検出さ
れたときに、スイッチング素子６１〜６４をオフにして
インバータ回路６の動作を停止させるとともに解列開閉
器１０を解列させる機能を有している。つまり、異常時
には分散電源の動作を停止させて商用電源３に影響を与
えないようにする。このような異常の一つには地絡があ
り、商用電源３側の地絡は主幹ブレーカ２０で検出され
るが、分散電源での地絡は主幹ブレーカ２０では検出す
ることができないから、分散電源には、地絡検出用の電
流センサ１１を設けてある。電流センサ１１の出力は判
断回路９に与えられ、判断回路９は電流センサ１１の出
力に基づいて地絡を検出すると、スイッチング素子６１
〜６４の動作を停止させかつ解列開閉器１０を解列させ
るように制御部８を制御する。つまり、電流センサ１１
および判断回路９により地絡検出手段が構成される。電
流センサ１１としてはトロイダル状のコアを備える変流
器を用いている。 【０００５】たとえば、太陽電池の負側で地絡が生じて
図５に抵抗Ｒｇで示す経路が形成されると、太陽電池１
−昇圧回路５−インバータ回路６−フィルタ回路７−解
列開閉器１０−主幹ブレーカ２０−商用電源３−抵抗Ｒ
ｇ−太陽電池１という経路を通して地絡電流Ｉｒが流れ
る。このように地絡電流Ｉｒが流れると電流センサ１１
に流れる電流に不平衡が生じるから、電流センサ１１の
出力に基づいて判断回路９が地絡と判断し、制御部８を
通してスイッチング素子６１〜６４をオフにし解列開閉
器１０を解列させるのである。この種の技術は、たとえ
ば特開平９−２８５０１５号公報にも記載されている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した太
陽光発電システムは、スイッチング素子６１〜６４をオ
フにしてインバータ回路６の動作を停止させる指示と、
解列開閉器１０を解列させる指示とを制御部８から同時
に行なっている。しかしながら、制御部８からの指示に
対する応答時間は、スイッチング素子６１〜６４のほう
が解列開閉器１０に比較すると圧倒的に短い。つまり、
図６に示すように、分散電源が正常に発電しているとき
に、分散電源において地絡電流Ｉｒが検出されて時刻ｔ
ａにおいて制御部８から停止の指令が発生したとする
と、インバータ回路６がただちに停止し、その後、時刻
ｔｂになると解列開閉器１０が解列（オフ）することに
なる。ここに、商用電源３は正常であるものとし、また
昇圧回路５はインバータ回路６が停止しても動作させて
おく。 【０００７】上述のように系統連系運転中に地絡電流Ｉ
ｒが生じたときには、インバータ回路５の動作が停止し
た後に解列開閉器１０が解列することになる。ここに、
インバータ回路６は、いわゆるフルブリッジ形のインバ
ータ回路であって、４個のスイッチング素子６１〜６４
からなるブリッジ回路を備え、また各スイッチング素子
６１〜６４にはそれぞれダイオード６５〜６８が逆並列
に接続される。たとえば、図示例でスイッチング素子５
２，６１〜６４に用いているＩＧＢＴは、インバータ用
として６個を１組とし、かつ各ＩＧＢＴにそれぞれダイ
オード６５〜６８を逆並列に接続した形でパッケージに
収納した形で提供されているものを用いている。 【０００８】しかして、インバータ回路６は商用電源３
に対して力率を１にするように制御されており、スイッ
チング素子６１〜６４がオンオフされている期間に分散
電源で地絡が生じてもスイッチング素子６１〜６４が商
用電源に同期してオンオフされるから、主幹ブレーカ２
０で分散電源の漏電が検出されることはない。しかしな
がら、解列開閉器１０が解列する前にインバータ回路６
の動作が停止すると、地絡電流Ｉｒの流れる経路とし
て、図５に実線および破線で示すようなダイオード６
７，６８を通る経路が生じ、この経路において地絡電流
Ｉｒは半波整流されて脈流状になる。つまり、図７に示
すように、時刻ｔ１で地絡が発生し、時刻ｔ２において
インバータ回路６のスイッチング素子６１〜６４が停止
したとしても、解列開閉器１０が解列する時刻ｔ３まで
に地絡電流が脈流状に流れる。図７における横軸の１目
盛は２０ｍ秒、縦軸の１目盛は５０ｍＡである。このよ
うな脈流状の電流が主幹ブレーカ２０に流れると、主幹
ブレーカ２０に流れる電流が不平衡になり、主幹ブレー
カ２０で漏電が検出されて主幹ブレーカ２０が遮断され
ることがある。要するに、分散電源において地絡が生じ
たにもかかわらず、商用電源３側に設けた主幹ブレーカ
１０が遮断されて、商用電源３側には何の異常もない場
合でも負荷４に電力が供給されなくなるという問題が生
じる。また、分散電源での異常であるにもかかわらず商
用電源３側の主幹ブレーカ２０が遮断されるから、商用
電源３と分散電源とのどちらで異常が生じているかがわ
かりにくく、復旧に時間がかかることになる。 【０００９】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、分散電源で地絡が生じても商用電源
側の主幹ブレーカが遮断されることのない太陽光発電シ
ステムを提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれダイ
オードが逆並列に接続された複数個のスイッチング素子
からなるブリッジ回路を備えるインバータ回路を用いる
ことにより太陽電池から出力される直流電圧を交流電圧
に電力変換する分散電源と、負荷に供給する電力を通す
幹線と商用電源との間に接続された漏電ブレーカよりな
る主幹ブレーカと、インバータ回路と幹線との間に挿入
され分散電源と商用電源との系統連系と系統分離とを行
なう解列開閉器と、分散電源における地絡を太陽電池−
インバータ回路−解列開閉器−主幹ブレーカ−商用電源
−太陽電池を通る経路の直流の地絡電流により検出する
地絡検出手段と、地絡検出手段により地絡が検出される
と解列開閉器を解列した直後にインバータ回路の動作を
停止させる制御部とを備えるものである。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態として
説明する回路構成は、従来構成と同様であるが制御手順
が異なっている。まず回路構成について具体的に説明す
る。図１に示すように、商用電源３は単相３線であって
漏電ブレーカよりなる主幹ブレーカ２０を介して幹線に
接続される。負荷４には幹線を通して電力が供給され、
また、幹線には解列開閉器１０を介して分散電源が接続
される。ここに、分岐ブレーカや連系ブレーカは本発明
の主旨ではないから図示していないが、一般には幹線か
ら負荷４への分岐点には分岐ブレーカを用い、また幹線
と解列開閉器１０との間には連系ブレーカが挿入され
る。 【００１２】分散電源は、太陽電池１を電源とし、昇圧
回路５、インバータ回路６、フィルタ回路７を用いて正
弦波状の交流電圧を出力するように構成されている。太
陽電池１は太陽電池セルを多数配列してパネル状とした
ものであり、太陽電池１の出力電圧は日射量に応じて変
化するが、ここでは出力電圧が０〜３００Ｖの範囲で変
化する太陽電池１を想定している。分散電源は太陽電池
１の出力電圧がたとえば１５０Ｖ以上になる範囲で動作
させる。つまり、夜間や雨天など太陽電池１の出力が低
下している期間には分散電源は停止させる。この制御
は、図示していないが太陽電池１の出力電圧を監視する
ことにより行なっている。 【００１３】昇圧回路５は、商用電源３の交流電圧の実
効値（２００Ｖ）の約１．４倍の出力電圧が得られるよ
うに昇圧するものであって、太陽電池１の出力端間に接
続されたリアクトル５１とスイッチング素子５２との直
列回路を備え、ダイオード５３と平滑コンデンサ５４と
の直列回路がスイッチング素子５２に並列接続された構
成を備える。スイッチング素子５２にはＩＧＢＴを用い
ており、ダイオード５５が逆並列に接続されている。つ
まり、昇圧回路５は昇圧チョッパ回路として知られてい
る周知の構成を有し、スイッチング素子５２を高周波で
オンオフさせ、スイッチング素子５２のオン期間に太陽
電池１からリアクトル５１にエネルギを蓄積し、スイッ
チング素子５２のオフ期間にリアクトル５１に誘起され
た両端電圧を太陽電池１の出力電圧に加算し、ダイオー
ド５３を介して平滑コンデンサ５４を充電するように構
成されている。したがって、スイッチング素子５２のオ
ンオフのデューティ比を制御することによって平滑コン
デンサ５４の出力電圧が調節可能になる。図示していな
いが昇圧回路５の出力電圧（平滑コンデンサ５４の両端
電圧）は制御部８に入力されており、制御部８は昇圧回
路５の出力電圧を一定に保つようにスイッチング素子５
２のオンオフのデューティ比を制御する。 【００１４】一方、インバータ回路６は４個のスイッチ
ング素子６１〜６４によるブリッジ回路を構成したもの
であり、各一対のスイッチング素子６１〜６４からなる
直列回路をブリッジ回路の各アームとし、昇圧回路５の
平滑コンデンサ５４に各アームを並列に接続した構成を
有する。また、各スイッチング素子６１〜６４にはそれ
ぞれダイオード６５〜６８が逆並列に接続される。スイ
ッチング素子６１〜６４は、一方のアームのハイサイド
（正極側）のスイッチング素子６１，６２がオンのとき
に、他方のアームのローサイド（負極側）のスイッチン
グ素子６３，６４がオンになるように制御部８により制
御される。また、スイッチング素子６１〜６４のオン期
間はＰＷＭ制御されており、図２ (ｂ） (ｃ）に示すよ
うに時間経過に伴って各スイッチング素子６１〜６４の
オン期間の幅を変化させることにより、時間積分を正弦
波状に変化させている。つまり、制御部８では、図２
(ａ）に示すように、一定周波数の三角波状の基準電圧
Ｖｓを発生させるとともに正弦波状に変化する指令電圧
Ｖｅを発生させ、基準電圧Ｖｓと指令電圧Ｖｅとを比較
することにより、スイッチング素子６１〜６４をオンに
するパルス幅を決定する。 【００１５】インバータ回路６から出力されるパルス電
圧はリアクトルＬ１，Ｌ２とコンデンサＣ１，Ｃ２より
なるフィルタ回路７に入力され、滑らかな正弦波状の電
圧波形が得られるようにしてある。ここに、フィルタ回
路７の出力電圧波形を商用電源３の電圧位相に一致させ
るように、制御部８はスイッチング素子６１〜６４のオ
ンオフのタイミングを調節する。つまり、インバータ回
路６は商用電源３に対して力率が１に保たれるように制
御される。 【００１６】地絡の検出についても従来構成と同様であ
って、太陽電池１と昇圧回路５との間などの適宜位置に
電流センサ１１を配置し、電流センサ１１の出力を判断
回路９に入力することにより地絡が生じているか否かが
判断される。ここで、図３に示す時刻ｔａにおいて電流
センサ１１の出力に基づいて判断回路９が地絡の発生を
検出すると、制御部８から解列開閉器１０に対して解列
の指示が与えられる。この指示により解列開閉器１０は
時刻ｔｂにおいて解列する。この間、インバータ回路６
のスイッチング素子６１〜６４はオンオフの動作を継続
しており、解列開閉器１０が解列した直後の時刻ｔｃに
おいてインバータ回路６の動作を停止させる。解列開閉
器１０は電磁接触器よりなり幹線に接続される主接点の
ほかに補助接点を備えているから、補助接点の開閉状態
を監視すれば解列開閉器１０が解列したか否かを判断す
ることができる。 【００１７】上述のように、地絡が生じたときには解列
開閉器１０が解列した後に、インバータ回路６の動作を
停止させるから、地絡電流を半波整流した電流は主幹ブ
レーカ１０に流れず、分散電源で生じた地絡によって主
幹ブレーカ１０が遮断されるという誤動作を回避するこ
とができる。つまり、図４に示すように、時刻ｔ１で地
絡が発生したとすると、時刻ｔ２における解列開閉器１
０の解列までの期間に流れる地絡電流はほぼ一定の直流
になり、この電流は主幹ブレーカ１０に内蔵した変流器
の出力には現れないから、漏電ブレーカである主幹ブレ
ーカ１０で、この地絡電流が検出されることはなく、分
散電源で生じた地絡によって主幹ブレーカ１０が遮断さ
れるのを防止することができるのである。図４における
横軸の１目盛は２０ｍ秒、縦軸の１目盛は５０ｍＡであ
る。また、図中のＧは接地電位を示す。 【００１８】 【発明の効果】本発明は、それぞれダイオードが逆並列
に接続された複数個のスイッチング素子からなるブリッ
ジ回路を備えるインバータ回路を用いることにより太陽
電池から出力される直流電圧を交流電圧に電力変換する
分散電源と、負荷に供給する電力を通す幹線と商用電源
との間に接続された漏電ブレーカよりなる主幹ブレーカ
と、インバータ回路と幹線との間に挿入され分散電源と
商用電源との系統連系と系統分離とを行なう解列開閉器
と、分散電線における地絡を太陽電池−インバータ回路
−解列開閉器−主幹ブレーカ−商用電源−太陽電池を通
る経路の直流の地絡電流により検出する地絡検出手段
と、地絡検出手段により地絡が検出されると解列開閉器
を解列した直後にインバータ回路の動作を停止させる制
御部とを備えるものであり、分散電源で地絡が発生した
ときにインバータ回路を動作させた状態で解列開閉器を
解列させるから、地絡検出手段では分散電源の地絡を検
出するが、地絡電流を半波整流した電流は主幹ブレーカ
に流れず、主幹ブレーカが誤動作するのを防止すること
ができる。要するに分散電源において生じた地絡で主幹
ブレーカが動作することがなく、商用電源が正常である
にもかかわらず主幹ブレーカが遮断されるという誤動作
を防止することができるのである。
発電する分散電源と商用電源との系統連系を行なうよう
にした太陽光発電システムに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、太陽電池からなる直流電源を用い
インバータ回路により交流電力に電力変換する分散電源
を商用電源に系統連系し、負荷に交流電力を供給するよ
うにした太陽光発電システムが各種提案されている。 【０００３】この種の太陽光発電システムは、たとえば
図５に示すように、単相３線の商用電源３に漏電ブレー
カよりなる主幹ブレーカ２０を介して接続した幹線と分
散電源との間に解列開閉器１０を介在させてある。負荷
４には幹線を通して電力が供給され、負荷４に対して商
用電源３と分散電源とのどちらからも電力が供給可能に
なっている。分岐ブレーカなどは図では省略している。
分散電源は、多数の太陽電池セルを配列してパネル状と
した太陽電池１を備え、太陽電池１から出力される直流
電圧を昇圧チョッパ回路よりなる昇圧回路５により昇圧
し、昇圧回路５の出力電圧をインバータ回路６により交
流電圧に電力変換するように構成されている。インバー
タ回路６の出力はフィルタ回路７を通して解列開閉器１
０に接続される。このフィルタ回路７によりインバータ
回路６から出力されるパルス列が正弦波状に波形整形さ
れる。昇圧回路５およびインバータ回路６は、それぞれ
スイッチング素子５２，６１〜６４を備え、これらのス
イッチング素子５２，６１〜６４は制御部８により制御
される。ここに、スイッチング素子５２，６１〜６４に
はＩＧＢＴを用いている。 【０００４】ところで、制御部８は各種の異常が検出さ
れたときに、スイッチング素子６１〜６４をオフにして
インバータ回路６の動作を停止させるとともに解列開閉
器１０を解列させる機能を有している。つまり、異常時
には分散電源の動作を停止させて商用電源３に影響を与
えないようにする。このような異常の一つには地絡があ
り、商用電源３側の地絡は主幹ブレーカ２０で検出され
るが、分散電源での地絡は主幹ブレーカ２０では検出す
ることができないから、分散電源には、地絡検出用の電
流センサ１１を設けてある。電流センサ１１の出力は判
断回路９に与えられ、判断回路９は電流センサ１１の出
力に基づいて地絡を検出すると、スイッチング素子６１
〜６４の動作を停止させかつ解列開閉器１０を解列させ
るように制御部８を制御する。つまり、電流センサ１１
および判断回路９により地絡検出手段が構成される。電
流センサ１１としてはトロイダル状のコアを備える変流
器を用いている。 【０００５】たとえば、太陽電池の負側で地絡が生じて
図５に抵抗Ｒｇで示す経路が形成されると、太陽電池１
−昇圧回路５−インバータ回路６−フィルタ回路７−解
列開閉器１０−主幹ブレーカ２０−商用電源３−抵抗Ｒ
ｇ−太陽電池１という経路を通して地絡電流Ｉｒが流れ
る。このように地絡電流Ｉｒが流れると電流センサ１１
に流れる電流に不平衡が生じるから、電流センサ１１の
出力に基づいて判断回路９が地絡と判断し、制御部８を
通してスイッチング素子６１〜６４をオフにし解列開閉
器１０を解列させるのである。この種の技術は、たとえ
ば特開平９−２８５０１５号公報にも記載されている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した太
陽光発電システムは、スイッチング素子６１〜６４をオ
フにしてインバータ回路６の動作を停止させる指示と、
解列開閉器１０を解列させる指示とを制御部８から同時
に行なっている。しかしながら、制御部８からの指示に
対する応答時間は、スイッチング素子６１〜６４のほう
が解列開閉器１０に比較すると圧倒的に短い。つまり、
図６に示すように、分散電源が正常に発電しているとき
に、分散電源において地絡電流Ｉｒが検出されて時刻ｔ
ａにおいて制御部８から停止の指令が発生したとする
と、インバータ回路６がただちに停止し、その後、時刻
ｔｂになると解列開閉器１０が解列（オフ）することに
なる。ここに、商用電源３は正常であるものとし、また
昇圧回路５はインバータ回路６が停止しても動作させて
おく。 【０００７】上述のように系統連系運転中に地絡電流Ｉ
ｒが生じたときには、インバータ回路５の動作が停止し
た後に解列開閉器１０が解列することになる。ここに、
インバータ回路６は、いわゆるフルブリッジ形のインバ
ータ回路であって、４個のスイッチング素子６１〜６４
からなるブリッジ回路を備え、また各スイッチング素子
６１〜６４にはそれぞれダイオード６５〜６８が逆並列
に接続される。たとえば、図示例でスイッチング素子５
２，６１〜６４に用いているＩＧＢＴは、インバータ用
として６個を１組とし、かつ各ＩＧＢＴにそれぞれダイ
オード６５〜６８を逆並列に接続した形でパッケージに
収納した形で提供されているものを用いている。 【０００８】しかして、インバータ回路６は商用電源３
に対して力率を１にするように制御されており、スイッ
チング素子６１〜６４がオンオフされている期間に分散
電源で地絡が生じてもスイッチング素子６１〜６４が商
用電源に同期してオンオフされるから、主幹ブレーカ２
０で分散電源の漏電が検出されることはない。しかしな
がら、解列開閉器１０が解列する前にインバータ回路６
の動作が停止すると、地絡電流Ｉｒの流れる経路とし
て、図５に実線および破線で示すようなダイオード６
７，６８を通る経路が生じ、この経路において地絡電流
Ｉｒは半波整流されて脈流状になる。つまり、図７に示
すように、時刻ｔ１で地絡が発生し、時刻ｔ２において
インバータ回路６のスイッチング素子６１〜６４が停止
したとしても、解列開閉器１０が解列する時刻ｔ３まで
に地絡電流が脈流状に流れる。図７における横軸の１目
盛は２０ｍ秒、縦軸の１目盛は５０ｍＡである。このよ
うな脈流状の電流が主幹ブレーカ２０に流れると、主幹
ブレーカ２０に流れる電流が不平衡になり、主幹ブレー
カ２０で漏電が検出されて主幹ブレーカ２０が遮断され
ることがある。要するに、分散電源において地絡が生じ
たにもかかわらず、商用電源３側に設けた主幹ブレーカ
１０が遮断されて、商用電源３側には何の異常もない場
合でも負荷４に電力が供給されなくなるという問題が生
じる。また、分散電源での異常であるにもかかわらず商
用電源３側の主幹ブレーカ２０が遮断されるから、商用
電源３と分散電源とのどちらで異常が生じているかがわ
かりにくく、復旧に時間がかかることになる。 【０００９】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、分散電源で地絡が生じても商用電源
側の主幹ブレーカが遮断されることのない太陽光発電シ
ステムを提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれダイ
オードが逆並列に接続された複数個のスイッチング素子
からなるブリッジ回路を備えるインバータ回路を用いる
ことにより太陽電池から出力される直流電圧を交流電圧
に電力変換する分散電源と、負荷に供給する電力を通す
幹線と商用電源との間に接続された漏電ブレーカよりな
る主幹ブレーカと、インバータ回路と幹線との間に挿入
され分散電源と商用電源との系統連系と系統分離とを行
なう解列開閉器と、分散電源における地絡を太陽電池−
インバータ回路−解列開閉器−主幹ブレーカ−商用電源
−太陽電池を通る経路の直流の地絡電流により検出する
地絡検出手段と、地絡検出手段により地絡が検出される
と解列開閉器を解列した直後にインバータ回路の動作を
停止させる制御部とを備えるものである。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態として
説明する回路構成は、従来構成と同様であるが制御手順
が異なっている。まず回路構成について具体的に説明す
る。図１に示すように、商用電源３は単相３線であって
漏電ブレーカよりなる主幹ブレーカ２０を介して幹線に
接続される。負荷４には幹線を通して電力が供給され、
また、幹線には解列開閉器１０を介して分散電源が接続
される。ここに、分岐ブレーカや連系ブレーカは本発明
の主旨ではないから図示していないが、一般には幹線か
ら負荷４への分岐点には分岐ブレーカを用い、また幹線
と解列開閉器１０との間には連系ブレーカが挿入され
る。 【００１２】分散電源は、太陽電池１を電源とし、昇圧
回路５、インバータ回路６、フィルタ回路７を用いて正
弦波状の交流電圧を出力するように構成されている。太
陽電池１は太陽電池セルを多数配列してパネル状とした
ものであり、太陽電池１の出力電圧は日射量に応じて変
化するが、ここでは出力電圧が０〜３００Ｖの範囲で変
化する太陽電池１を想定している。分散電源は太陽電池
１の出力電圧がたとえば１５０Ｖ以上になる範囲で動作
させる。つまり、夜間や雨天など太陽電池１の出力が低
下している期間には分散電源は停止させる。この制御
は、図示していないが太陽電池１の出力電圧を監視する
ことにより行なっている。 【００１３】昇圧回路５は、商用電源３の交流電圧の実
効値（２００Ｖ）の約１．４倍の出力電圧が得られるよ
うに昇圧するものであって、太陽電池１の出力端間に接
続されたリアクトル５１とスイッチング素子５２との直
列回路を備え、ダイオード５３と平滑コンデンサ５４と
の直列回路がスイッチング素子５２に並列接続された構
成を備える。スイッチング素子５２にはＩＧＢＴを用い
ており、ダイオード５５が逆並列に接続されている。つ
まり、昇圧回路５は昇圧チョッパ回路として知られてい
る周知の構成を有し、スイッチング素子５２を高周波で
オンオフさせ、スイッチング素子５２のオン期間に太陽
電池１からリアクトル５１にエネルギを蓄積し、スイッ
チング素子５２のオフ期間にリアクトル５１に誘起され
た両端電圧を太陽電池１の出力電圧に加算し、ダイオー
ド５３を介して平滑コンデンサ５４を充電するように構
成されている。したがって、スイッチング素子５２のオ
ンオフのデューティ比を制御することによって平滑コン
デンサ５４の出力電圧が調節可能になる。図示していな
いが昇圧回路５の出力電圧（平滑コンデンサ５４の両端
電圧）は制御部８に入力されており、制御部８は昇圧回
路５の出力電圧を一定に保つようにスイッチング素子５
２のオンオフのデューティ比を制御する。 【００１４】一方、インバータ回路６は４個のスイッチ
ング素子６１〜６４によるブリッジ回路を構成したもの
であり、各一対のスイッチング素子６１〜６４からなる
直列回路をブリッジ回路の各アームとし、昇圧回路５の
平滑コンデンサ５４に各アームを並列に接続した構成を
有する。また、各スイッチング素子６１〜６４にはそれ
ぞれダイオード６５〜６８が逆並列に接続される。スイ
ッチング素子６１〜６４は、一方のアームのハイサイド
（正極側）のスイッチング素子６１，６２がオンのとき
に、他方のアームのローサイド（負極側）のスイッチン
グ素子６３，６４がオンになるように制御部８により制
御される。また、スイッチング素子６１〜６４のオン期
間はＰＷＭ制御されており、図２ (ｂ） (ｃ）に示すよ
うに時間経過に伴って各スイッチング素子６１〜６４の
オン期間の幅を変化させることにより、時間積分を正弦
波状に変化させている。つまり、制御部８では、図２
(ａ）に示すように、一定周波数の三角波状の基準電圧
Ｖｓを発生させるとともに正弦波状に変化する指令電圧
Ｖｅを発生させ、基準電圧Ｖｓと指令電圧Ｖｅとを比較
することにより、スイッチング素子６１〜６４をオンに
するパルス幅を決定する。 【００１５】インバータ回路６から出力されるパルス電
圧はリアクトルＬ１，Ｌ２とコンデンサＣ１，Ｃ２より
なるフィルタ回路７に入力され、滑らかな正弦波状の電
圧波形が得られるようにしてある。ここに、フィルタ回
路７の出力電圧波形を商用電源３の電圧位相に一致させ
るように、制御部８はスイッチング素子６１〜６４のオ
ンオフのタイミングを調節する。つまり、インバータ回
路６は商用電源３に対して力率が１に保たれるように制
御される。 【００１６】地絡の検出についても従来構成と同様であ
って、太陽電池１と昇圧回路５との間などの適宜位置に
電流センサ１１を配置し、電流センサ１１の出力を判断
回路９に入力することにより地絡が生じているか否かが
判断される。ここで、図３に示す時刻ｔａにおいて電流
センサ１１の出力に基づいて判断回路９が地絡の発生を
検出すると、制御部８から解列開閉器１０に対して解列
の指示が与えられる。この指示により解列開閉器１０は
時刻ｔｂにおいて解列する。この間、インバータ回路６
のスイッチング素子６１〜６４はオンオフの動作を継続
しており、解列開閉器１０が解列した直後の時刻ｔｃに
おいてインバータ回路６の動作を停止させる。解列開閉
器１０は電磁接触器よりなり幹線に接続される主接点の
ほかに補助接点を備えているから、補助接点の開閉状態
を監視すれば解列開閉器１０が解列したか否かを判断す
ることができる。 【００１７】上述のように、地絡が生じたときには解列
開閉器１０が解列した後に、インバータ回路６の動作を
停止させるから、地絡電流を半波整流した電流は主幹ブ
レーカ１０に流れず、分散電源で生じた地絡によって主
幹ブレーカ１０が遮断されるという誤動作を回避するこ
とができる。つまり、図４に示すように、時刻ｔ１で地
絡が発生したとすると、時刻ｔ２における解列開閉器１
０の解列までの期間に流れる地絡電流はほぼ一定の直流
になり、この電流は主幹ブレーカ１０に内蔵した変流器
の出力には現れないから、漏電ブレーカである主幹ブレ
ーカ１０で、この地絡電流が検出されることはなく、分
散電源で生じた地絡によって主幹ブレーカ１０が遮断さ
れるのを防止することができるのである。図４における
横軸の１目盛は２０ｍ秒、縦軸の１目盛は５０ｍＡであ
る。また、図中のＧは接地電位を示す。 【００１８】 【発明の効果】本発明は、それぞれダイオードが逆並列
に接続された複数個のスイッチング素子からなるブリッ
ジ回路を備えるインバータ回路を用いることにより太陽
電池から出力される直流電圧を交流電圧に電力変換する
分散電源と、負荷に供給する電力を通す幹線と商用電源
との間に接続された漏電ブレーカよりなる主幹ブレーカ
と、インバータ回路と幹線との間に挿入され分散電源と
商用電源との系統連系と系統分離とを行なう解列開閉器
と、分散電線における地絡を太陽電池−インバータ回路
−解列開閉器−主幹ブレーカ−商用電源−太陽電池を通
る経路の直流の地絡電流により検出する地絡検出手段
と、地絡検出手段により地絡が検出されると解列開閉器
を解列した直後にインバータ回路の動作を停止させる制
御部とを備えるものであり、分散電源で地絡が発生した
ときにインバータ回路を動作させた状態で解列開閉器を
解列させるから、地絡検出手段では分散電源の地絡を検
出するが、地絡電流を半波整流した電流は主幹ブレーカ
に流れず、主幹ブレーカが誤動作するのを防止すること
ができる。要するに分散電源において生じた地絡で主幹
ブレーカが動作することがなく、商用電源が正常である
にもかかわらず主幹ブレーカが遮断されるという誤動作
を防止することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す回路図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】従来例の問題点を示す動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池
３ 商用電源
６ インバータ回路
８ 制御部
９ 判断回路
１０ 解列開閉器
１１ 電流センサ
２０ 主幹ブレーカ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小新 博昭
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 向井 忠吉
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 東浜 弘忠
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 湯浅 裕明
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(56)参考文献 特開 昭57−119680（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−285015（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−8929（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−15345（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−155241（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−252803（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 それぞれダイオードが逆並列に接続され
た複数個のスイッチング素子からなるブリッジ回路を備
えるインバータ回路を用いることにより太陽電池から出
力される直流電圧を交流電圧に電力変換する分散電源
と、負荷に供給する電力を通す幹線と商用電源との間に
接続された漏電ブレーカよりなる主幹ブレーカと、イン
バータ回路と幹線との間に挿入され分散電源と商用電源
との系統連系と系統分離とを行なう解列開閉器と、分散
電源における地絡を太陽電池−インバータ回路−解列開
閉器−主幹ブレーカ−商用電源−太陽電池を通る経路の
直流の地絡電流により検出する地絡検出手段と、地絡検
出手段により地絡が検出されると解列開閉器を解列した
直後にインバータ回路の動作を停止させる制御部とを備
えることを特徴とする太陽光発電システム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP18510698A JP3533090B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 太陽光発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18510698A JP3533090B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 太陽光発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000023368A JP2000023368A (ja) | 2000-01-21 |
| JP3533090B2 true JP3533090B2 (ja) | 2004-05-31 |
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ID=16164969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18510698A Expired - Fee Related JP3533090B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 太陽光発電システム |
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- 1998-06-30 JP JP18510698A patent/JP3533090B2/ja not_active Expired - Fee Related
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