JP3584613B2

JP3584613B2 - 分散電源システム

Info

Publication number: JP3584613B2
Application number: JP16802796A
Authority: JP
Inventors: 英司岩見; 信一郎岡本; 洋一国本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: JPH1014114A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源と系統連系する分散電源システムであり特に太陽電池を用いた分散電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の分散電源システムとしての太陽光発電システムは、種々のものが採用されているが、社団法人日本電気協会より発行されている、分散型電源系統連系技術指針（以下、指針と称する）などにその技術的な指針が示されている。なお、この指針は、連系する太陽光発電システムなどの分散電源システムが原因で、商用電源による供給電力が、品質、保護協調、保安、信頼性の面で低下することなく、円滑な連系を行なうための技術指針である。そして、分散電源装置としての太陽電池から出力される直流電力を交流に変換し、インバータ回路出力と商用電源との系統連系を制御する解列開閉器を介して分電盤に設けられた分岐回路に交流電源を出力する、系統連系インバータを用いたものがある。
【０００３】
しかし、上記の系統連系インバータによるものは、商用電源との系統連系を実現する構成が簡単である反面、商用電源の停電時の分散電源の自立運転において、自立運転用コンセントから電源を得るための接続配線が煩雑になるといった問題があった。そこで、図２に示すような、太陽電池２と、太陽電池２から入力される直流電力を交流に変換して出力するインバータ３と、インバータ３の出力と商用電力系統９からの商用電源とが入力されるとともにこの商用電源とインバータ出力との系統連系を制御するための系統連系保護部８によって制御される解列開閉器８０が主幹ブレーカである主幹漏電ブレーカ６の負荷側に分岐ブレーカ７０と並列に配設された分電盤４と、を備える太陽光発電システム１が考案されている。この太陽光発電システム１は、本出願人によって案出され、特開平８−０１６１４５として出願されたものである。
【０００４】
そして、上記の太陽光発電システム１の解列開閉器８０の商用電力系統９の側に、系統連系保護部８によって制御される第２解列開閉器８１と、この第２解列開閉器８１にて開閉される非常用分岐回路１１と、を設けてインバータ３の自立運転の時に非常用分岐回路１１に向けての配電を行う。
【０００５】
上記の太陽光発電システム１は、太陽電池２から直流電力が出力されると、まず、インバータ３にて交流電力に変換され、商用電源系統に接続された状態すなわち連系された状態おいて、分岐ブレーカ７０及び非常用負荷分岐ブレーカ７１を介して分岐回路１０及び非常用分岐回路１１に接続された負荷及び非常用負荷に、商用電力系統からの電力とともに太陽電池２の出力した電力が配電される。そして、系統連系保護部８により、分電盤４の内部の分散電源と商用電力系統との接続点近傍に設置された電圧センサＰＴ及び電流センサＣＴにより検出された検出値によって、異常（電圧上昇、電圧低下、周波数上昇及び周波数低下）か否かが所定の電圧範囲及び所定の電圧周波数範囲を基準に判定される。そして、異常と判定された場合に解列開閉器８０が、解列（解列開閉器を開放すること）される。また、系統連系保護部８によって、商用電力系統９の停電の発生が検出された場合、第２解列開閉器８１のみが解列される。その結果、太陽電池２の出力した電力のみが、非常用分岐ブレーカ７１を介し非常用分岐回路１１に接続された非常用負荷としての照明器具あるいは電気配線用コンセントに配電される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の太陽光発電システム１は、インバータ３の出力の開閉を、離れた位置に設置されたインバータ３まで行くことなく、分電盤４の設置場所にて行うことが出来るもので、さらに商用電力系統９の商用電源の停電時などにインバータ３の自立運転による非常用電源の供給に最適なものである。しかし、解列開閉器８０、第２解列開閉器８１の操作を行う系統連系保護部８の駆動電源を太陽電池２からインバータ３を介して直流によって供給するものである。従って、太陽光発電システムの設置に際してその配線が煩雑になると供に使用時において電磁ノイズに対し安定性を欠くもので、ＣＰＵを用いた系統連系保護部８の制御回路に対して問題のあるものであった。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、分電盤内に配設された系統連系保護部の駆動電源部への配線を簡略化するとともに電磁ノイズに対する安定性の優れた分散電源システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の分散電源システムは、直流電源と、該直流電源から入力される直流電力を交流に変換して出力するインバータと、該インバータ出力と商用電力系統からの商用電源とが入力されるとともにこの商用電源とインバータ出力との系統連系を制御するための系統連系保護部によって制御される解列開閉器が主幹ブレーカの負荷側に分岐ブレーカと並列に配設された分電盤と、を備える分散電源システムにおいて、前記系統連系保護部は、前記商用電源から電源入力される駆動電源部を有することとしている。これにより、系統連系保護部が、商用電源から電源入力される駆動電源部によって電源供給されるものとなる。
【０００９】
また、前記駆動電源部を、前記インバータ出力からも電源入力されるものとしている。これにより、駆動電源部がインバータ出力からも電源入力される。
【００１０】
また、前記駆動電源部は、前記商用電源からの入力電圧が所定の値よりも小さく、前記インバータからの入力電圧が所定の値以上のときに前記商用電源からの電源供給を停止する第１制御手段と、前記商用電源からの入力電圧が前記所定の値以上のときに前記インバータからの電源供給を停止する第２制御手段と、を有することとしている。これにより、駆動電源部が第１制御手段によって商用電源からの入力電圧が所定の値よりも小さくインバータからの入力電圧が所定の値以上のときに商用電源からの電源供給を停止され、第２制御手段によって商用電源からの入力電圧が所定の値以上のときにインバータからの電源供給を停止される。
【００１１】
また、請求項２記載の分散電源システムは、請求項１記載の系統連系保護部を、前記駆動電源部からの出力信号によって分散電源の運転あるいは商用電源の入力があることを検出するものとしている。これにより、系統連系保護部は、駆動電源部からの出力信号によって分散電源の運転あるいは商用電源の入力があることを検出する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の分散電源システムの実施の形態を図１に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、太陽光発電システムの構成図である。この分散電源システムである太陽光発電システム１は、太陽電池２による直流電力を交流に変換し商用電力系統の商用電源９と系統連系して使用されるもので、太陽電池２と、インバータ３と、分電盤４とを備えている。
【００１４】
インバータ３は、直流電源である太陽電池２から出力される直流電力を交流に変換し出力するもので、後述する分電盤４に内蔵されている系統連系保護部８によってその電力変換の動作が制御される。
【００１５】
分電盤４は、インバータ３の出力と商用電力系統９からの商用電源とが入力されて系統連系し、分岐回路１０、非常用分岐回路１１に配電するもので、電流制限用ブレーカ５と、主幹漏電ブレーカ６と、負荷分岐ブレーカ７０、７０…及び非常用分岐ブレーカ７１と、系統連系保護部８と、解列開閉器８０と、第２解列開閉器８１と、電流センサ８２と、系統連系保護部８の駆動電源である駆動電源部８３、蓄電部８９とを有している。
【００１６】
電流制限用ブレーカ５は、分岐回路１０、非常用分岐回路１１に接続された負荷及び非常用負荷によって使用される電力を、電力会社との契約電流以下に制限するためのものである。漏電ブレーカ６は、分岐回路に接続された負荷を含む回路全体の漏電を検出してを電路を遮断する。負荷分岐ブレーカ７０及び非常用負荷分岐ブレーカ７１は、負荷に所定の値を越えて電流が流れたのを検知し分岐回路を遮断する。そして、分岐回路１０及び非常用分岐回路１１に接続された各負荷あるいは非常用負荷には、負荷分岐ブレーカ７０及び非常用負荷分岐ブレーカ７１を介し、電源が供給される。
【００１７】
系統連系保護部８は、太陽電池２により発電し出力された直流電力がインバータ３によって交流に変換され、商用電力系統に接続された状態すなわち連系された状態おいて、異常時及び商用系統の停電時に解列するための操作出力を、解列開閉器８０、第２解列開閉器８１に出力するものである。この系統連系保護部８は、インバータ３による交流出力と商用電力系統からの交流電源との接続点近傍に配設された電流センサ８２及び駆動電源部８３からの出力信号が入力される。
【００１８】
上記の異常とは、連系時においての、電圧上昇、電圧低下、周波数上昇、周波数低下である。前述の指針においては、異常時若しくは商用電力系統に停電がある場合にこれらを検出し、分散電源システムを商用電力系統から直ちに切り離す旨を規定している。系統連系保護部８は、太陽光発電システムの設置時に、図示しない入力手段によって正常であると判定する条件値が入力される。そして、電流センサ８２及び駆動電源部８３からの出力信号から、例えば電流及び電圧の大きさの変化を検出し、商用電力系統の停電の発生を検知する。そして、インバータ３の異常が検知されたときは解列開閉器８０を、商用電源の停電が検知されたときは解列開閉器８１をそれぞれ解列する。
【００１９】
電流センサ８２は、連系時に、系統連系保護部８に向け、インバータ３から分岐回路１０に向けて流れる交流電流の信号を送出するもので、変流器等によって形成される。
【００２０】
駆動電源部８３は、系統連系保護部８に電源を供給するもので、このものにおいては、その電源入力が商用電源９とインバータ３との両方からなされる。そして、電源トランスである第１トランス８４、第２トランス８５と、整流部８６、８６と、インバータ３からの入力電圧が所定の大きさ以上のときに商用電源９からの電源供給を停止する第１制御手段８７と、商用電源９からの入力電圧が所定の大きさ以上のときにインバータ３からの電源供給を停止する第２制御手段８８と、を有している。この駆動電源部８３は、商用電源９からの入力が第１トランス８４、インバータ３からの入力が第２トランス８５を介して分電盤４の内部配線によってそれぞれ入力される。また、第１トランス８４の出力側から系統連系保護部８及び第２制御手段８８、第２トランス８５の出力側から系統連系保護部８及び第１制御手段８７に向けて、それぞれ交流電圧信号が入力される。整流部８６、８６は、交流電圧を直流に変換して第１制御手段８７、第２制御手段８８にそれぞれ出力するもので、ダイオードブリッジ等によって形成される。
【００２１】
第１制御手段８７は、インバータ３からの入力電圧が所定の大きさ以上のときに、整流部８６を介して入力される商用電源９から系統連系保護部８に向けてのの電源供給を停止するもので、トランジスタ等によって形成される。また、第２制御手段８８は、商用電源９からの入力電圧が所定の大きさ以上のときに、整流部８６を介して入力されるインバータ３から系統連系保護部８に向けての電源供給を停止するもので、トランジスタ等によって形成される。そして、第１制御手段８７、第２制御手段８８のそれぞれの出力どうしが接続され、蓄電部８９が並列に接続されて系統連系保護部８に入力される。
【００２２】
駆動電源部８３は、連系時においては、図示しない電圧検出回路によって商用電源９からの入力電圧が所定の値より大きいことが検出され、第２制御手段８８によってインバータ３からの電源供給が停止される。そして、系統連系保護部８は、商用電源９からの電源供給のみによって解列開閉器８０、第２解列開閉器８１を駆動してそれらの接点回路を閉路し連系を維持する。従って、インバータ３からの出力は、第２制御手段８８によって商用電源９に向けて回り込むことが防止される。また、異常時においても商用電源９からの入力電圧が所定の値より大きいことが検出され、系統連系保護部８は、商用電源９からの電源供給のみによって第２解列開閉器８１を駆動してその接点回路を閉路するとともに、解列開閉器８０を駆動してその接点回路を開路する。その結果、非常用分岐回路１１の電源は維持されて連系が停止される。
【００２３】
また、駆動電源部８３は、停電時においては、図示しない電圧検出回路によって、商用電源９からの入力電圧が所定の値より小さいことが検出されるとともにインバータ３からの入力電圧が所定の値より大きいことが検出され、第１制御手段８７によって駆動電源部８３と商用電源９との接続が開路される。そして、系統連系保護部８は、インバータ３からの電源供給のみによって解列開閉器８０を駆動してその接点回路を閉路し、非常用分岐回路１１の電源が維持される。従って、インバータ３からの出力は、第１制御手段８７によって商用電源９に向けて回り込むことが防止される。
【００２４】
蓄電部８９は、駆動電源部８３の瞬時停電等に対する電源バックアップを行うもので、電解コンデンサ等によって形成される。この蓄電部８９によって、系統連系保護部８が従来例のものと同等の瞬時停電に対する安定性を有するものとなる。
【００２５】
次に、上記の構成による太陽光発電システムの動作について説明する。太陽電池２から直流電力が出力されると、まず、インバータ装置３にて交流電力に変換されて出力される。そして、商用電力系統９に接続された状態すなわち連系された状態おいて、系統連系保護部８は、商用電源９からの電源供給のみによって解列開閉器８０、第２解列開閉器８１を駆動してそれらの接点回路を継続して閉路し、負荷分岐ブレーカ７０及び非常用分岐ブレーカ７１を介して分岐回路１０及び非常用分岐回路１１に、商用電力系統９からの電力とともに太陽電池２の出力した電力が配電される。そして、駆動電源部８３からの出力信号により系統連系保護装置８によって、所定の電圧範囲及び所定の電圧周波数範囲を基準に異常（電圧上昇、電圧低下、周波数上昇及び周波数低下）か否かが判定される。そして、異常と判定された場合、解列開閉器８０が解列される。また、系統連系保護装置８によって、商用電源の停電の発生が検出された場合、系統連系保護装置８は第２解列開閉装置８１のみが解列される。その結果、太陽電池２の出力した電力のみが、非常用分岐ブレーカ７１を介し非常用分岐回路１１に配電される。
【００２６】
以上説明した太陽光発電システム１によると、系統連系保護部８が、商用電源から電源入力される駆動電源部８３によって電源供給されるものとなるので、分電盤４の内部に配設された系統連系保護部８の駆動電源部８３への配線が分電盤内部から成されて、インバータ３から給電されるものと比べて簡略化されるとともに、交流電源から給電されることによって電磁ノイズに対する安定性の優れたものとなる。また、駆動電源部８３がインバータ３の出力からも電源入力されるので、商用電源の停電時においても系統連系保護部８への電源供給が可能となる。また、駆動電源部８３が第１制御手段８７によってインバータ３からの入力電圧が所定の大きさ以上のときに商用電源からの電源供給を停止され、第２制御手段８８によって商用電源からの入力電圧が所定の大きさ以上のときにインバータ３からの電源供給を停止されるので、駆動電源部８３を介してインバータ３の出力の商用電力系統９への回り込みが防止される。そして、蓄電部８９のコンデンサが小さい容量のものでも瞬時停電における安定性が確保され、コンデンサの小型化が可能となる。また、系統連系保護部８は、駆動電源部８３からの出力信号によって分散電源の運転あるいは商用電源の入力があることを検出するので、電圧センサをそれぞれ設けることなく分散電源の運転あるいは商用電源の入力の検知が可能となり、コスト低減が可能となる。
【００２７】
なお、上記の実施の形態の説明において、分電盤を非常用分岐回路を有するものとして説明したが、本発明はそのものに限定するものでなく、非常用分岐回路の無いものであっても良い。また、駆動電源部を、商用電源とインバータ出力の両方から入力されるものとして説明したが、本発明はそのものに限定するものでなく、商用電源からのみであっても良い。また、系統連系保護部を、駆動電源部からの出力信号によって分散電源の運転あるいは商用電源の入力があることを検出するものとして説明したが、本発明は、そのものに限定するものでなく、それぞれ個別に電圧センサを有するものであっても良い。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の分散電源システムは、系統連系保護部が、商用電源から電源入力される駆動電源部によって電源供給されるものとなるので、分電盤の内部に配設された系統連系保護部の駆動電源部への配線が分電盤内部から成されて簡略化されるとともに、電磁ノイズに対する安定性の優れたものとなる。
【００２９】
また、請求項１記載の分散電源システムは、駆動電源部がインバータ出力からも電源入力されるので、商用電源の停電時においても系統連系保護部への電源供給が可能となる。
【００３０】
また、請求項１記載の分散電源システムは、駆動電源部が第１制御手段によって商用電源からの入力電圧が所定の値よりも小さくインバータからの入力電圧が所定の値以上のときに商用電源からの電源供給を停止され、第２制御手段によって商用電源からの入力電圧が所定の値以上のときにインバータからの電源供給を停止されるので、駆動電源部を介してインバータ出力の商用電力系統への回り込みが防止される。
【００３１】
また、請求項２記載の分散電源システムは、請求項１記載のものの効果に加え、系統連系保護部は、駆動電源部からの出力信号によって分散電源の運転あるいは商用電源の入力があることを検出するので、電圧センサをそれぞれ設けることなく分散電源の運転あるいは商用電源の入力の検知が可能となりコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽光発電システムの実施の形態を示す構成図である。
【図２】従来例の太陽光発電システムを示す構成図である。
【符号の説明】
１太陽光発電システム（分散電源システム）
２太陽電池（直流電源）
３インバータ
４分電盤
６主幹漏電ブレーカ（主幹ブレーカ）
７０分岐ブレーカ
８系統連系保護部
８０解列開閉器
８１第２解列開閉器
８３駆動電源部
８７第１制御手段
８８第２制御手段
９商用電力系統

Claims

直流電源と、該直流電源から入力される直流電力を交流に変換して出力するインバータと、該インバータ出力と商用電力系統からの商用電源とが入力されるとともにこの商用電源とインバータ出力との系統連系を制御するための系統連系保護部によって制御される解列開閉器が主幹ブレーカの負荷側に分岐ブレーカと並列に配設された分電盤と、を備える分散電源システムであって、
前記系統連系保護部は、前記商用電源又は前記インバータ出力から電源入力される駆動電源部を有することを特徴とする分散電源システムにおいて、
前記駆動電源部は、前記商用電源からの入力電圧が所定の値よりも小さく、前記インバータからの入力電圧が前記所定の値以上のときに前記商用電源からの電源供給を停止する第１制御手段と、前記商用電源からの入力電圧が前記所定の値以上のときに前記インバータからの電源供給を停止する第２制御手段と、を有することを特徴とする分散電源システム。
前記系統連系保護部を、前記駆動電源部からの出力信号によって分散電源の運転あるいは商用電源の入力があることを検出するものとすることを特徴とする請求項１記載の分散電源システム。