JP3794350B2 - 系統連系インバータ及びこれを用いた系統連系システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池や燃料電池などを用いた系統連系システムに関し、より詳しくは、系統連系インバータの出力電流に直流成分が発生しないよう補正する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば特開平８−１４９８４２号公報に開示されている従来の系統連系インバータの構成例である。この図において、１０２は太陽電池や燃料電池等により形成された直流電源、１０８は平滑用コンデンサ、１０５は内部にスイッチング素子１０５ａを有し、入力電流を交流に変換するインバータ、１０７は波形補正用フィルタである。１２０は電流検出器で例えばホールＣＴまたは変流器で構成され、インバータ１０５の出力電流を検出する。電流検出された検出信号は全波整流回路１２７で整流される。１２１はインバータ１０５の出力電流の電流値を指令する電流指令装置で、この電流指令装置１２１の指令信号と全波整流回路１２７の出力信号とを加算器１２２で比較し、その誤差を瞬時波形制御装置１２３によりインバータ１０５のスイッチング素子１０５ａをＰＷＭ制御、ＰＡＭ制御等して瞬時波形制御を行う。瞬時波形制御が行われた後、ゲートドライブ回路１２４により瞬時波形制御装置１２３の出力信号をインバータ１０５のスイッチング素子１０５ａに与えて、インバータ１０５より正弦波に制御された出力電流を得ている。なお１０９は出力端子で商用系統に接続される。
【０００３】
次に、出力電流の直流成分を補正するための回路部分について説明する。１１０はインバータ１０５の出力電流を検出する分流器、１１１は分流器１１０により検出された信号の直流分を検出するローパスフィルタ、１１３はローパスフィルタ１１１の出力信号を絶縁して増幅する絶縁増幅器、１１８は電流検出器１２０の検出信号に、絶縁増幅器１１３で増幅された信号を加算する加算器、１２５は直流分検出回路であり、絶縁増幅器１１３で増幅された信号が内蔵する基準信号より高いとき、又は所定時間以上に入力されたとき、または上記のいずれか一方が所定値に達したときに信号を出力し、瞬時波形制御装置１２３に入力する。
【０００４】
直流電源やインバータ等で構成され系統へ連系する系統連系システムにおいては、インバータや出力電流の瞬時波形制御が異常を起こし、インバータの出力電流に直流成分が発生すると、出力端子に接続される商用系統の柱上変圧器又は商用系統に接続される他の装置の変圧器等に直流成分が流れ、直流励磁され、損傷するという問題点がある。前述の従来例はこの点に鑑みて示された技術であり、インバータ１０５の出力電流に直流成分が発生した場合はこれを検出し、電流検出器１２０により検出した検出信号に加算器１１８により減算補正することで、出力電流の直流成分を打ち消すよう動作する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術においては、検出対象であるインバータの出力電流の直流成分のレベルが非常に小さい時、たとえばインバータの出力電流１００％に含まれる直流成分が１％である場合、直流電流を検出することは非常に困難であった。また、絶縁増幅器は通常、周囲温度の変化や電圧の変化の影響を受けやすいため、絶縁増幅器のオフセット誤差が増大し、直流成分を精度良く検出できず、その結果、インバータの出力電流の直流成分を精度良く除くことが困難であった。
【０００６】
このような場合、絶縁増幅器を高精度のものにするか、あるいは直流成分が流れない状態の時の検出値を基準レベルとして記憶しておき、前記直流成分が流れている状態の時の検出値を補正する必要がある。しかし絶縁増幅器を高精度のものにする方法では高価となって実用的ではない。また、直流成分が流れない状態の時の検出値を基準レベルとして記憶しておくためには、直流成分が流れない状態にするためにインバータ８を一旦停止させたり、連系リレーを解列したり、特開平９−３７５６８号公報に記載されているように、例えば工場での出荷試験時に直流成分が流れない状態での検出値を基準レベルとして予め記憶させておいたりすることが考えられるが、次のような問題がある。すなわち、インバータを一旦停止させたのでは、例えば太陽光発電システムで考えると、太陽電池に太陽光が当たっていて発電可能なのに、インバータが半強制的に１〜数秒間止められてしまい、その間は発電できなくなるという問題があり、連系リレーを解列する場合もインバータの出力に少なからず影響を与えることになる。また、特開平９−３７５６８号公報に記載された方法では基準レベルが１つに限られてしまい、周囲温度の変化や電圧の変化の影響を受けやすい増幅器を用いる場合には、直流成分を精度良く検出することができないという問題があった。
【０００７】
因みに、平成５年に財団法人電気安全環境研究所から発行されている分散型電源系統連系指針では、系統連系形電力変換装置で絶縁変圧器を設置しない場合には、前記直流成分の流出を電力変換装置の定格出力電流の１％以下に抑えることが規定されている。
【０００８】
この発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、出力電流に発生する直流成分を精度良く補正することのできる系統連系インバータ、及びこれを用いた系統連系システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る系統連系インバータは、直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、このインバータの出力電流を検出する分流器と、この分流器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、この直流成分検出器の出力を増幅する増幅器と、前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を所定のタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、前記増幅器から出力された前記インバータの出力電流の直流成分から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えたものである。なお、下記の実施の形態１、２及び４においては、ゼロ調整指令器とゼロ信号発生器と入力切替器がゼロ調整手段として動作し、実施の形態３においてはゼロ調整指令器と入力短絡回路がゼロ調整手段として動作する。
【００１０】
また、本発明に係る系統連系インバータは、直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、このインバータの出力電流を検出する分流器と、この分流器の出力を増幅する増幅器と、この増幅器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を前記商用系統の電圧周期に同期したタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、前記直流成分検出器から出力された前記インバータの出力電流の直流成分から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えたものである。
【００１１】
また、直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、このインバータの出力電流を検出する分流器と、この分流器の出力を増幅する増幅器と、この増幅器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を前記商用系統の電圧周期に同期したタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、前記増幅器から出力された前記インバータの出力電流から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えたものである。
【００１２】
また、ゼロ調整手段として、インバータの出力電流がない場合に増幅器に入力される信号に相当する信号が記憶されたゼロ信号発生器を用いたものである。
【００１３】
また、ゼロ調整手段として増幅器の入力端子間を短絡する半導体素子を用いたものである。
【００１４】
また、基準値記憶手段に記憶された基準値が所定値以上となったとき、インバータを停止するものである。
【００１５】
また、ゼロ調整手段の出力時間を０．５秒未満とするものである。
【００１６】
また、加算器により補正された直流成分を検出し、所定値以上の直流成分が所定時間以上検出された場合にインバータを停止するための信号を出力する直流分監視手段を備え、ゼロ調整手段が出力動作をしているときは、前記直流分監視手段が直流成分の検出動作を行わないか、または所定値以上の直流成分を所定時間以上検出してもインバータ停止信号を出力しないようにしたものである。
【００１７】
また、加算器により補正された直流成分を検出し、所定値以上の直流成分が所定時間以上検出された場合にインバータを停止するための信号を出力する直流分監視手段を備え、この直流分監視手段が所定値以上の直流成分を検出しているときは、ゼロ調整手段が出力動作をしないようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態における系統連系システムを示し、特に直流電源の電力を入力して商用系統と連系運転を行う系統連系インバータ１の要部構成を例示したものである。直流電源としては太陽電池や燃料電池等があるが、この実施の形態においては複数の太陽電池を接続した太陽電池アレイ２を用いた。
【００１９】
図１に示すように、太陽電池アレイ２の出力電圧は系統連系インバータ１のＤＣ−ＤＣコンバータ４に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池アレイ２から出力される入力電圧をインバータ５の入力に必要な電圧に変換して出力する。インバータ５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４から出力される直流電力を交流電力に変換して出力し、波形補正用フィルタ７で高周波成分を除去し、連系リレー６を経由して商用系統３に連系する。
【００２０】
インバータ５の出力電流は分流器１０で検出され、直流成分検出器であるローパスフィルタ１１により直流成分が抽出される。ローパスフィルタ１１から出力された直流成分は、入力切替器１２により選択された場合に入力切替器１２を経由して絶縁増幅器１３へ入力される。絶縁増幅器１３は入力切替器１２からの信号を絶縁して増幅する。
【００２１】
ゼロ信号発生器１４はインバータ５の出力電流が０Ａの時のローパスフィルタ１１の出力信号、すなわち、インバータ５の出力電流がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号に相当する信号を発生する。その信号の値は、分流器１０として何を用いるかにより異なる。例えば、分流器１０としてシャント抵抗を用いた場合には、０Ｖを出力する。また、分流器１０として電流センサを用いた場合には、電流センサの入力電流が０Ａの時の出力電圧を出力する。ゼロ信号発生器１４の出力は、入力切替器１２により選択された場合に入力切替器１２を経由して絶縁増幅器１３へ入力される。
【００２２】
入力切替器１２はゼロ調整指令器１５からの指令信号に基づいて切り替えられる。ここでゼロ調整指令器１５は、任意のタイミングで、任意の時間、指令信号を出力する。例えばインバータ５が動作中で、分流器１０に電流が流れているときにおいても、指令信号を出力して、ゼロ信号発生器１４の信号を絶縁増幅器１３へ出力させることができる。ここで、ゼロ調整指令器１５の指令信号を出力する任意の時間を０．５秒未満に設定すれば、後述する直流分監視手段２５によるインバータ５の出力電流の直流成分の検出時間、すなわち「分散型電源系統連系指針」にて規定されている検出時限（０．５秒以内）の検出への影響を小さくすることができる。
【００２３】
また、ゼロ調整指令器１５からの指令信号は基準値記憶手段である基準値記憶回路１６にも入力される。基準値記憶回路１６は書き換え可能なメモリ等で構成され、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力される都度、絶縁増幅器１３の出力を更新して記憶し、記憶した信号を出力する。ここで、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力されたときの絶縁増幅器１３の出力とは、インバータ５の出力電流が０Ａの時の絶縁増幅器１３の出力であり、絶縁増幅器１３のオフセット誤差に相当するものである。
【００２４】
加算器１７では絶縁増幅器１３の出力から基準値記憶回路１６の出力が減算される。すなわち、加算器１７からは、絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正された、インバータ５の出力電流の直流成分が出力される。加算器１７の出力は加算器１８に入力される。
【００２５】
カレントトランス（ＣＴ）や変流器等で構成される電流検出器２０はインバータ５の出力電流の交流成分を検出し、加算器１８に出力する。加算器１８において、電流検出器２０で検出された交流成分と加算器１７から出力された直流成分が加算され、インバータ出力電流検出値として出力される。
【００２６】
電流指令器２１はインバータ５の出力電流の電流値を指令する。加算器１８から出力されたインバータ出力電流検出値と電流指令器２１の出力との誤差信号が、加算器２２により、瞬時波形制御器２３に入力される。瞬時波形制御器２３は、インバータ５の出力電流の電流値を、電流指令器２１で指令する電流に制御する。これによりインバータ５の出力電流は、瞬時波形が制御されるともに、インバータ５の出力電流に含まれる直流成分が打ち消されるよう制御される。ゲートドライブ回路２４は、瞬時波形制御器２３の出力に基づきインバータ５の動作を制御する。
【００２７】
インバータ５の出力電流の直流成分が打ち消されず、所定の電流値（例えば系統連系インバータの定格出力電流を１６．５Ａとしたとき、その１％の０．１６５Ａ）を超える電流が、所定時間続いた場合、直流分監視手段２５はこれを検出し、瞬時波形制御器２３にインバータ５の停止信号を出力し、インバータ５を停止させる。ここで、「所定時間」は「分散型電源系統連系指針」の規定に基づき０．５秒未満の値が好ましく、例えば、０．５秒からゼロ調整時間（例えば５０Ｈｚの場合０．０２秒）を引いて、さらにマージンを見込んで０．４秒未満の値とする。
【００２８】
ここで、ゼロ調整指令器１５が指令信号を出力しているときには、直流分監視手段２５が直流成分の検出動作を行わないか、または所定値以上の直流成分を所定時間以上検出してもインバータ停止信号を出力しないようにすれば、直流分監視手段２５の誤動作を防ぐことができる。また、逆に、直流分監視手段２５が所定値以上の直流成分を検出しているときに、ゼロ調整指令器１５が指令信号を出力しないようにしても、直流分監視手段２５の誤動作を防ぐことができる。
【００２９】
さらに、基準値記憶回路１６の出力、すなわち絶縁増幅器１３のオフセット誤差が所定の電流値（例えば２Ａ）を超える場合、異常検出器２６はこれを検出し、瞬時波形制御器２３にインバータ５の停止信号を出力し、インバータ５を停止させる。
【００３０】
このように、本実施の形態では、インバータ出力電流が０Ａの時の検出信号に相当するゼロ信号により、任意のタイミングおよび時間で絶縁増幅器のオフセット誤差を補正するようにしたたため、容易かつ安価な構成で、周囲温度や電圧等の影響を受けることなく、インバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる。またインバータを停止することなく、インバータ出力電流の直流成分を精度よく補正することができる。また何らかの事由によりインバータ出力電流の直流成分が増大した場合でも、それを検出し、インバータを停止させることができる。また、従来は絶縁増幅器のオフセット誤差が異常に大きくなってもそれを直接的に検出できなかったが、異常判定器を設けたことにより、絶縁増幅器などの構成要素に異常あった場合でもそれを検出し、インバータを停止させることができる。
【００３１】
また、この実施の形態においてはゼロ信号発生器１４を用いたため、分流器１０の種類に応じて適切に絶縁増幅器１３のオフセット誤差を補正することができる。つまり、インバータ５の出力電流がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号の値は使用する分流器によって異なるが、その値を予めゼロ信号発生器１４に記憶させておくことによって適切に対応することができる。
【００３２】
さらに、このようにインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００３３】
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ１１と、ゼロ信号発生器１４と、ゼロ調整指令器１５と、基準値記憶回路１６と、異常検出器２６と、直流分監視手段２５と、電流指令器２１と、瞬時波形制御２３と、加算器１７と、加算器１８と、加算器２２とをハードウエアで構成したが、そのすべて又はその何れかをマイコン等を用いソフトウエアで構成してもよい。例えば絶縁増幅器１３を、絶縁増幅回路（図示しない）とＡ／Ｄ変換器（図示しない）とで構成し、ゼロ信号発生器１４と、ゼロ調整指令器１５と、基準値記憶回路１６と、異常検出器２６と、直流分監視手段２５と、電流指令器２１と、瞬時波形制御２３と、加算器１７と、加算器１８と、加算器２２とをマイコンを用いてソフトウエアで構成することもできる。
【００３４】
また、本実施形態では、絶縁増幅器１３を用いたが、単なる増幅器でも同様の効果が得られる。また、直流成分検出器としてローパスフィルタ１１を用いたが、一定期間の電流値の平均値を算出することによって直流成分を検出する回路であってもよい。
【００３５】
実施の形態２．
上記の実施の形態１では、インバータ５の出力電流の直流成分を得るためのローパスフィルタ１１を、分流器１０の出力側に入れたが、絶縁増幅器１３の出力側に接続してもよい。この場合の系統連系システム、特に系統連系インバータの要部構成を図２に示す。分流器１０で検出されたインバータ５の出力電流は入力切替器１２により選択されたときに絶縁増幅器１３に入力され、絶縁増幅される。また、ゼロ調整指令器１５により入力切替器１２がゼロ信号発生器１４側に切り替えられたときには、ゼロ信号発生器１４の出力が絶縁増幅器１３に入力される。絶縁増幅器１３の出力はローパスフィルタ１１に入力され、直流成分が検出される。その他の構成及び動作は上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
このようにローパスフィルタ１１を絶縁増幅器１３の出力側に接続した場合には、商用系統３の電圧周期に同期したタイミングでゼロ調整指令器１５から指令信号を出力し、ゼロ信号発生器１４の信号を絶縁増幅器１３に出力する必要がある。この場合の各構成部分の出力波形を図３に示す。図３において、（ａ）は商用系統３の電圧波形である。（ｂ）はインバータ５の出力電流波形であり、タイミングｔ２までは直流成分を含んだ波形となっている。
【００３７】
（ｃ）はゼロ調整指令器１５の出力波形であり、商用系統３に同期したタイミングで、かつ０．５秒未満の任意の時間、指令信号を出力する。例えば、商用系統３の周期１００回毎に１回、ゼロクロス点ｔ１でＯＮし、商用系統３の１電圧周期の時間、すなわち、商用系統３が５０Ｈｚのときは０．０２秒、６０Ｈｚのときは約０．０１６秒を経過した時点ｔ２でＯＦＦするように設定されている。
【００３８】
（ｄ）は絶縁増幅器１３の入力信号であり、ゼロ調整指令器１５からの指令信号がなく入力切替器１２が分流器１０を選択しているｔ１までの間は分流器１０が検出したインバータ５の出力電流が入力される。ゼロ調整指令器１５から指令信号が出力されているｔ１からｔ２の間はゼロ信号発生器１４の出力が入力される。
【００３９】
（ｅ）は絶縁増幅器１３の出力信号であり、ｔ１からｔ２の間の出力が絶縁増幅器１３のオフセット誤差である。（ｆ）は基準値記憶回路１６の出力信号である。（ｇ）はローパスフィルタ１１の出力信号であり、インバータ５の直流成分に相当する信号である。
【００４０】
タイミングｔ２以降、ローパスフィルタ１１からは絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正された直流成分が出力されていることがわかる。なお、図では簡略化して示しているが、ローパスフィルタ１１の出力は実際にはタイミングｔ２付近で徐々に変化する。そして、インバータ５の出力電流（ｂ）は、タイミングｔ２以降、直流成分が除かれた波形になっていることがわかる。
【００４１】
次に、図２に示す回路構成で、ゼロ調整指令器１５の出力が商用系統３に同期していない場合の各構成部分の出力について、図４を用いて説明する。図４において、（ａ）から（ｇ）は図３と同じ部分の出力波形を示している。（ｃ）に示すように、ゼロ調整指令器１５の出力は商用系統３に同期せず、商用系統３の１周期中のインバータ出力が＋の時に出力されている。ゼロ調整指令器１５から指令信号が出力されている時の絶縁増幅器１３の入力はゼロであり、出力側にはオフセット誤差が現れる。基準値記憶回路１６にはそのオフセット誤差が記憶され、（ｆ）に示すように記憶されたオフセット誤差信号が出力される。
【００４２】
ところが、ローパスフィルタ１１では、絶縁増幅器１３の出力波形を平均化して直流成分を抽出するため、ゼロ調整指令器１５の指令によって＋側が一部欠けた波形の信号を平均化することによって、−側にずれた誤った直流成分が出力されてしまうことになる。そのため、インバータ５の出力電流に含まれる直流成分を正確に除くことができず、（ｂ）に示すようにタイミングｔ２以降も直流成分が残ったままの電流が出力されることになる。
【００４３】
このように、この実施の形態２によれば、ローパスフィルタ１１を絶縁増幅器１３の出力側に接続して、絶縁増幅器１３の出力から直流成分を検出するようにし、商用系統３の電圧周期に同期したタイミングでゼロ信号発生器１４の信号を絶縁増幅器１３に出力するようにしたので、上記の実施の形態１と同様、インバータを停止することなく、インバータ出力電流の直流成分を精度良く補正することができるとともに、信号発生タイミングを決定するためのタイマ等を省略することができる。
【００４４】
さらに、このようにインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態１における回路構成の場合には、ゼロ調整指令器１５の出力を商用系統３の電圧周期に同期させなくても、ローパスフィルタ１１の出力が異常になることはないが、ゼロ調整指令器１５の出力を商用系統３の電圧周期に同期させれば、信号発生タイミングを決定するためのタイマ等が省略できるという効果が得られる。
【００４６】
実施の形態３．
図５は本発明の第３の実施形態における系統連系システムを示し、特に系統連系インバータの要部構成を例示したものである。図１に示す第１の実施形態と異なる点は、ゼロ信号発生器と入力切替器をなくし、代わりに入力短絡回路３０を設けたことである。この実施の形態は、分流器１０として、インバータ５の出力電流がない場合に０Ｖを出力するシャント抵抗などを用いる場合に効果がある。以下、具体的に説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付け、説明を省略する。
【００４７】
インバータ５の出力電流は分流器１０で検出され、ローパスフィルタ１１により直流成分が検出される。ローパスフィルタ１１から出力された直流成分は、入力短絡回路３０へ入力される。
【００４８】
入力短絡回路３０は絶縁増幅器１３の入力端子間を短絡する回路で、例えばフォトカプラ等の半導体素子を用いて構成され、ゼロ調整指令器１５からの指令信号に基づいて動作する。入力短絡回路３０が動作したときは、絶縁増幅器１３の入力端子間は、ローパスフィルタ１１の出力に関わらず、強制的に短絡される。絶縁増幅器１３の入力端子間が短絡されると、インバータ５の出力電流がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号に相当する信号が絶縁増幅器１３に入力されることになる。なお、分流器１０およびローパスフィルタ１１の出力からの短絡電流を防ぐため、入力短絡回路３０には抵抗等による短絡電流を抑制する手段（図示しない）が含まれている。
【００４９】
一方、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が出力されず、入力短絡回路３０が動作していないときは、ローパスフィルタ１１の出力がそのまま絶縁増幅器１３に入力される。絶縁増幅器１３は入力された信号を絶縁して増幅する。
【００５０】
ゼロ調整指令器１５は、任意のタイミングで、任意の時間、指令信号を出力する。例えばインバータ５が動作中で、分流器１０に電流が流れているときにおいても、指令信号を出力して、入力短絡回路３０により絶縁増幅器１３の入力端子間を短絡することができる。ここで、上記各実施の形態と同様に、ゼロ調整指令器１５の指令信号を出力する任意の時間を０．５秒未満に設定すれば、直流分監視手段２５によるインバータ５の出力電流の直流成分の検出時間、すなわち「分散型電源系統連系指針」にて規定されている検出時限（０．５秒以内）の検出への影響を小さくすることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態２と同様に、商用系統３に同期させて、商用系統３の周期１００回毎に１回、ゼロクロス点のタイミングで、商用系統３の１電圧周期の時間、すなわち、商用系統３が５０Ｈｚのときは０．０２秒間、６０Ｈｚのときは約０．０１６秒間、指令信号を出力するようにしてもよい。このように、ゼロ調整指令器１５の指令信号を商用系統３に同期させて出力するようにすれば、ローパスフィルタ１１を絶縁増幅器１３の出力側に接続した場合でも、ローパスフィルタ１１の出力が異常になることはない。また、信号発生タイミングを決定するためのタイマ等が省略できる。
【００５２】
ゼロ調整指令器１５からの指令信号は基準値記憶回路１６にも入力される。基準値記憶回路１６は書き換え可能なメモリ等で構成され、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力される都度、絶縁増幅器１３の出力を更新して記憶し、記憶した信号を出力する。ここで、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力されたときの絶縁増幅器１３の出力とは、絶縁増幅器１３の入力が短絡されているときの絶縁増幅器１３の出力であり、絶縁増幅器１３のオフセット誤差に相当するものである。その他の動作は上記実施の形態１における系統連系インバータと同様である。
【００５３】
このように、この実施の形態３によれば、絶縁増幅器１３の入力端子間を、所定のタイミングおよび時間で短絡させることにより、絶縁増幅器のオフセット誤差を補正するようにしたたため、上記の各実施の形態と同様、インバータを停止させたり連系リレーを解列することなく、容易かつ安価な構成で、インバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる。また、ゼロ調整手段としてゼロ調整指令器と入力短絡回路を用いるため、ゼロ信号発生器や入力切替器を用いる上記の各実施の形態に比べ、回路構成がより簡単かつ安価になる。
【００５４】
また、入力短絡回路３０としてラッチングリレーを用いることもできるが、上記のようにフォトカプラ等の半導体素子で構成すれば、反応時間が速いため、ゼロ調整を頻繁に行うことができ、調整のタイミングを商用系統３の周期に対して木目細かく行うことができ、商用系統３の電圧のゼロクロス点に合わせることも容易になる。そのため、周囲温度や電圧等により絶縁増幅器１３のオフセット誤差が変化しても精度良く補正でき、インバータ出力電流の直流成分の検出精度をさらに高めることができる。
【００５５】
また、上記実施の形態１と同様、何らかの事由によりインバータ出力電流の直流成分が増大した場合でも、それを検出し、インバータを停止させることができる。また、従来は絶縁増幅器のオフセット誤差が異常に大きくなってもそれを直接的に検出できなかったが、異常判定器を設けたことにより、絶縁増幅器などの構成要素に異常あった場合でもそれを検出し、インバータを停止させることができる。
【００５６】
さらに、このようにインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００５７】
なお、図５においては、ローパスフィルタ１１を分流器１０の出力側に入れたが、絶縁増幅器１３の出力側に接続しても、同様の効果が得られる。この場合、ローパスフィルタ１１の出力が基準値記憶回路１６と加算器１７に出力される。
【００５８】
実施の形態４．
上記の各実施の形態においては、瞬時波形制御の帰還用に電流検出器２０を用いたが、絶縁増幅器１３を帰還用増幅器としてもよい。この場合の系統連系システム、特に系統連系インバータの要部構成図を図６に示す。図に示すように、この実施の形態によれば、上記各実施の形態で備えられていた電流検出器２０と加算器１８とが不要になる。以下、具体的に説明する。
【００５９】
図に示すように、この実施の形態における系統連系インバータは、インバータ５の出力電流を検出する分流器１０と、分流器１０の出力を絶縁して増幅する絶縁増幅器１３と、絶縁増幅器１３の出力から直流成分を検出するローパスフィルタ１１と、所定のタイミングで指令信号を出力するゼロ調整指令器１５と、インバータ５の出力がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号に相当する信号を記憶し出力するゼロ信号発生器１４と、ゼロ調整指令器１５の出力に基づき、分流器１０からの出力を絶縁増幅器１３に入力するかゼロ信号発生器１４からの出力を絶縁増幅器１３に入力するかを切り替える入力切替器と、ゼロ信号発生器１４からの信号が絶縁増幅器１３に入力されたときのローパスフィルタ１１からの出力を記憶する基準値記憶回路１６を備えている。そして、絶縁増幅器１３の出力と基準値記憶回路１６の出力とが加算器１９に入力され、インバータ５の出力電流から絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正される。この点、インバータ５の出力電流の直流成分から絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正される上記の各実施の形態と異なる。
【００６０】
補正されたインバータ５の出力電流は加算器２２に入力され、電流指令器２１の出力との誤差が瞬時波形制御部２３に入力される。瞬時波形制御器２３は、インバータ５の出力電流の電流値が電流指令器２１で指令する電流値になるよう制御する。
【００６１】
また、ローパスフィルタ１１から出力されたインバータ５の出力電流の直流成分は、直流分監視手段２５に入力され、所定値以上の直流分が所定時間以上発生したときには、直流分監視手段２５から瞬時波形制御器２３にインバータ５の停止信号が出力され、インバータ５が停止される。
【００６２】
このように、この実施の形態によれば、電流検出器を用いることなく、より簡単な構成で、増幅器のオフセット誤差を補正することができ、インバータ出力電流の直流成分を精度良く補正することができる。
【００６３】
また、このようなインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係る系統連系インバータによれば、インバータを停止することなく、所定のタイミングで増幅器の誤差を補正することにより、インバータ出力電流の直流成分を精度良く補正することができる。
【００６５】
また、本発明に係る系統連系システムによれば、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における系統連系インバータの要部構成図である。
【図２】 実施の形態２における系統連系インバータの要部構成図である。
【図３】 実施の形態２における系統連系インバータの各構成部分の出力波形を示す図である。
【図４】 実施の形態２における系統連系インバータの各構成部分の出力波形を示す図である。
【図５】 実施の形態３における系統連系インバータの要部構成図である。
【図６】 実施の形態４における系統連系インバータの要部構成図である。
【図７】 従来の系統連系インバータの要部構成図である。
【符号の説明】
１ 系統連系インバータ、２ 太陽電池アレイ、３ 商用系統、５ インバータ、１０ 分流器、１１ ローパスフィルタ、１２ 入力切替器、１３ 絶縁増幅器、１４ ゼロ信号発生器、１５ ゼロ調整指令器、１６ 基準値記憶回路、１７ 加算器、１９ 加算器、２５ 直流分監視手段、２６ 異常検出器、３０ 入力短絡回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池や燃料電池などを用いた系統連系システムに関し、より詳しくは、系統連系インバータの出力電流に直流成分が発生しないよう補正する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば特開平８−１４９８４２号公報に開示されている従来の系統連系インバータの構成例である。この図において、１０２は太陽電池や燃料電池等により形成された直流電源、１０８は平滑用コンデンサ、１０５は内部にスイッチング素子１０５ａを有し、入力電流を交流に変換するインバータ、１０７は波形補正用フィルタである。１２０は電流検出器で例えばホールＣＴまたは変流器で構成され、インバータ１０５の出力電流を検出する。電流検出された検出信号は全波整流回路１２７で整流される。１２１はインバータ１０５の出力電流の電流値を指令する電流指令装置で、この電流指令装置１２１の指令信号と全波整流回路１２７の出力信号とを加算器１２２で比較し、その誤差を瞬時波形制御装置１２３によりインバータ１０５のスイッチング素子１０５ａをＰＷＭ制御、ＰＡＭ制御等して瞬時波形制御を行う。瞬時波形制御が行われた後、ゲートドライブ回路１２４により瞬時波形制御装置１２３の出力信号をインバータ１０５のスイッチング素子１０５ａに与えて、インバータ１０５より正弦波に制御された出力電流を得ている。なお１０９は出力端子で商用系統に接続される。
【０００３】
次に、出力電流の直流成分を補正するための回路部分について説明する。１１０はインバータ１０５の出力電流を検出する分流器、１１１は分流器１１０により検出された信号の直流分を検出するローパスフィルタ、１１３はローパスフィルタ１１１の出力信号を絶縁して増幅する絶縁増幅器、１１８は電流検出器１２０の検出信号に、絶縁増幅器１１３で増幅された信号を加算する加算器、１２５は直流分検出回路であり、絶縁増幅器１１３で増幅された信号が内蔵する基準信号より高いとき、又は所定時間以上に入力されたとき、または上記のいずれか一方が所定値に達したときに信号を出力し、瞬時波形制御装置１２３に入力する。
【０００４】
直流電源やインバータ等で構成され系統へ連系する系統連系システムにおいては、インバータや出力電流の瞬時波形制御が異常を起こし、インバータの出力電流に直流成分が発生すると、出力端子に接続される商用系統の柱上変圧器又は商用系統に接続される他の装置の変圧器等に直流成分が流れ、直流励磁され、損傷するという問題点がある。前述の従来例はこの点に鑑みて示された技術であり、インバータ１０５の出力電流に直流成分が発生した場合はこれを検出し、電流検出器１２０により検出した検出信号に加算器１１８により減算補正することで、出力電流の直流成分を打ち消すよう動作する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術においては、検出対象であるインバータの出力電流の直流成分のレベルが非常に小さい時、たとえばインバータの出力電流１００％に含まれる直流成分が１％である場合、直流電流を検出することは非常に困難であった。また、絶縁増幅器は通常、周囲温度の変化や電圧の変化の影響を受けやすいため、絶縁増幅器のオフセット誤差が増大し、直流成分を精度良く検出できず、その結果、インバータの出力電流の直流成分を精度良く除くことが困難であった。
【０００６】
このような場合、絶縁増幅器を高精度のものにするか、あるいは直流成分が流れない状態の時の検出値を基準レベルとして記憶しておき、前記直流成分が流れている状態の時の検出値を補正する必要がある。しかし絶縁増幅器を高精度のものにする方法では高価となって実用的ではない。また、直流成分が流れない状態の時の検出値を基準レベルとして記憶しておくためには、直流成分が流れない状態にするためにインバータ８を一旦停止させたり、連系リレーを解列したり、特開平９−３７５６８号公報に記載されているように、例えば工場での出荷試験時に直流成分が流れない状態での検出値を基準レベルとして予め記憶させておいたりすることが考えられるが、次のような問題がある。すなわち、インバータを一旦停止させたのでは、例えば太陽光発電システムで考えると、太陽電池に太陽光が当たっていて発電可能なのに、インバータが半強制的に１〜数秒間止められてしまい、その間は発電できなくなるという問題があり、連系リレーを解列する場合もインバータの出力に少なからず影響を与えることになる。また、特開平９−３７５６８号公報に記載された方法では基準レベルが１つに限られてしまい、周囲温度の変化や電圧の変化の影響を受けやすい増幅器を用いる場合には、直流成分を精度良く検出することができないという問題があった。
【０００７】
因みに、平成５年に財団法人電気安全環境研究所から発行されている分散型電源系統連系指針では、系統連系形電力変換装置で絶縁変圧器を設置しない場合には、前記直流成分の流出を電力変換装置の定格出力電流の１％以下に抑えることが規定されている。
【０００８】
この発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、出力電流に発生する直流成分を精度良く補正することのできる系統連系インバータ、及びこれを用いた系統連系システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る系統連系インバータは、直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、このインバータの出力電流を検出する分流器と、この分流器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、この直流成分検出器の出力を増幅する増幅器と、前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を所定のタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、前記増幅器から出力された前記インバータの出力電流の直流成分から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えたものである。なお、下記の実施の形態１、２及び４においては、ゼロ調整指令器とゼロ信号発生器と入力切替器がゼロ調整手段として動作し、実施の形態３においてはゼロ調整指令器と入力短絡回路がゼロ調整手段として動作する。
【００１０】
また、本発明に係る系統連系インバータは、直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、このインバータの出力電流を検出する分流器と、この分流器の出力を増幅する増幅器と、この増幅器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を前記商用系統の電圧周期に同期したタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、前記直流成分検出器から出力された前記インバータの出力電流の直流成分から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えたものである。
【００１１】
また、直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、このインバータの出力電流を検出する分流器と、この分流器の出力を増幅する増幅器と、この増幅器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を前記商用系統の電圧周期に同期したタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、前記増幅器から出力された前記インバータの出力電流から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えたものである。
【００１２】
また、ゼロ調整手段として、インバータの出力電流がない場合に増幅器に入力される信号に相当する信号が記憶されたゼロ信号発生器を用いたものである。
【００１３】
また、ゼロ調整手段として増幅器の入力端子間を短絡する半導体素子を用いたものである。
【００１４】
また、基準値記憶手段に記憶された基準値が所定値以上となったとき、インバータを停止するものである。
【００１５】
また、ゼロ調整手段の出力時間を０．５秒未満とするものである。
【００１６】
また、加算器により補正された直流成分を検出し、所定値以上の直流成分が所定時間以上検出された場合にインバータを停止するための信号を出力する直流分監視手段を備え、ゼロ調整手段が出力動作をしているときは、前記直流分監視手段が直流成分の検出動作を行わないか、または所定値以上の直流成分を所定時間以上検出してもインバータ停止信号を出力しないようにしたものである。
【００１７】
また、加算器により補正された直流成分を検出し、所定値以上の直流成分が所定時間以上検出された場合にインバータを停止するための信号を出力する直流分監視手段を備え、この直流分監視手段が所定値以上の直流成分を検出しているときは、ゼロ調整手段が出力動作をしないようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態における系統連系システムを示し、特に直流電源の電力を入力して商用系統と連系運転を行う系統連系インバータ１の要部構成を例示したものである。直流電源としては太陽電池や燃料電池等があるが、この実施の形態においては複数の太陽電池を接続した太陽電池アレイ２を用いた。
【００１９】
図１に示すように、太陽電池アレイ２の出力電圧は系統連系インバータ１のＤＣ−ＤＣコンバータ４に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池アレイ２から出力される入力電圧をインバータ５の入力に必要な電圧に変換して出力する。インバータ５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４から出力される直流電力を交流電力に変換して出力し、波形補正用フィルタ７で高周波成分を除去し、連系リレー６を経由して商用系統３に連系する。
【００２０】
インバータ５の出力電流は分流器１０で検出され、直流成分検出器であるローパスフィルタ１１により直流成分が抽出される。ローパスフィルタ１１から出力された直流成分は、入力切替器１２により選択された場合に入力切替器１２を経由して絶縁増幅器１３へ入力される。絶縁増幅器１３は入力切替器１２からの信号を絶縁して増幅する。
【００２１】
ゼロ信号発生器１４はインバータ５の出力電流が０Ａの時のローパスフィルタ１１の出力信号、すなわち、インバータ５の出力電流がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号に相当する信号を発生する。その信号の値は、分流器１０として何を用いるかにより異なる。例えば、分流器１０としてシャント抵抗を用いた場合には、０Ｖを出力する。また、分流器１０として電流センサを用いた場合には、電流センサの入力電流が０Ａの時の出力電圧を出力する。ゼロ信号発生器１４の出力は、入力切替器１２により選択された場合に入力切替器１２を経由して絶縁増幅器１３へ入力される。
【００２２】
入力切替器１２はゼロ調整指令器１５からの指令信号に基づいて切り替えられる。ここでゼロ調整指令器１５は、任意のタイミングで、任意の時間、指令信号を出力する。例えばインバータ５が動作中で、分流器１０に電流が流れているときにおいても、指令信号を出力して、ゼロ信号発生器１４の信号を絶縁増幅器１３へ出力させることができる。ここで、ゼロ調整指令器１５の指令信号を出力する任意の時間を０．５秒未満に設定すれば、後述する直流分監視手段２５によるインバータ５の出力電流の直流成分の検出時間、すなわち「分散型電源系統連系指針」にて規定されている検出時限（０．５秒以内）の検出への影響を小さくすることができる。
【００２３】
また、ゼロ調整指令器１５からの指令信号は基準値記憶手段である基準値記憶回路１６にも入力される。基準値記憶回路１６は書き換え可能なメモリ等で構成され、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力される都度、絶縁増幅器１３の出力を更新して記憶し、記憶した信号を出力する。ここで、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力されたときの絶縁増幅器１３の出力とは、インバータ５の出力電流が０Ａの時の絶縁増幅器１３の出力であり、絶縁増幅器１３のオフセット誤差に相当するものである。
【００２４】
加算器１７では絶縁増幅器１３の出力から基準値記憶回路１６の出力が減算される。すなわち、加算器１７からは、絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正された、インバータ５の出力電流の直流成分が出力される。加算器１７の出力は加算器１８に入力される。
【００２５】
カレントトランス（ＣＴ）や変流器等で構成される電流検出器２０はインバータ５の出力電流の交流成分を検出し、加算器１８に出力する。加算器１８において、電流検出器２０で検出された交流成分と加算器１７から出力された直流成分が加算され、インバータ出力電流検出値として出力される。
【００２６】
電流指令器２１はインバータ５の出力電流の電流値を指令する。加算器１８から出力されたインバータ出力電流検出値と電流指令器２１の出力との誤差信号が、加算器２２により、瞬時波形制御器２３に入力される。瞬時波形制御器２３は、インバータ５の出力電流の電流値を、電流指令器２１で指令する電流に制御する。これによりインバータ５の出力電流は、瞬時波形が制御されるともに、インバータ５の出力電流に含まれる直流成分が打ち消されるよう制御される。ゲートドライブ回路２４は、瞬時波形制御器２３の出力に基づきインバータ５の動作を制御する。
【００２７】
インバータ５の出力電流の直流成分が打ち消されず、所定の電流値（例えば系統連系インバータの定格出力電流を１６．５Ａとしたとき、その１％の０．１６５Ａ）を超える電流が、所定時間続いた場合、直流分監視手段２５はこれを検出し、瞬時波形制御器２３にインバータ５の停止信号を出力し、インバータ５を停止させる。ここで、「所定時間」は「分散型電源系統連系指針」の規定に基づき０．５秒未満の値が好ましく、例えば、０．５秒からゼロ調整時間（例えば５０Ｈｚの場合０．０２秒）を引いて、さらにマージンを見込んで０．４秒未満の値とする。
【００２８】
ここで、ゼロ調整指令器１５が指令信号を出力しているときには、直流分監視手段２５が直流成分の検出動作を行わないか、または所定値以上の直流成分を所定時間以上検出してもインバータ停止信号を出力しないようにすれば、直流分監視手段２５の誤動作を防ぐことができる。また、逆に、直流分監視手段２５が所定値以上の直流成分を検出しているときに、ゼロ調整指令器１５が指令信号を出力しないようにしても、直流分監視手段２５の誤動作を防ぐことができる。
【００２９】
さらに、基準値記憶回路１６の出力、すなわち絶縁増幅器１３のオフセット誤差が所定の電流値（例えば２Ａ）を超える場合、異常検出器２６はこれを検出し、瞬時波形制御器２３にインバータ５の停止信号を出力し、インバータ５を停止させる。
【００３０】
このように、本実施の形態では、インバータ出力電流が０Ａの時の検出信号に相当するゼロ信号により、任意のタイミングおよび時間で絶縁増幅器のオフセット誤差を補正するようにしたたため、容易かつ安価な構成で、周囲温度や電圧等の影響を受けることなく、インバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる。またインバータを停止することなく、インバータ出力電流の直流成分を精度よく補正することができる。また何らかの事由によりインバータ出力電流の直流成分が増大した場合でも、それを検出し、インバータを停止させることができる。また、従来は絶縁増幅器のオフセット誤差が異常に大きくなってもそれを直接的に検出できなかったが、異常判定器を設けたことにより、絶縁増幅器などの構成要素に異常あった場合でもそれを検出し、インバータを停止させることができる。
【００３１】
また、この実施の形態においてはゼロ信号発生器１４を用いたため、分流器１０の種類に応じて適切に絶縁増幅器１３のオフセット誤差を補正することができる。つまり、インバータ５の出力電流がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号の値は使用する分流器によって異なるが、その値を予めゼロ信号発生器１４に記憶させておくことによって適切に対応することができる。
【００３２】
さらに、このようにインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００３３】
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ１１と、ゼロ信号発生器１４と、ゼロ調整指令器１５と、基準値記憶回路１６と、異常検出器２６と、直流分監視手段２５と、電流指令器２１と、瞬時波形制御２３と、加算器１７と、加算器１８と、加算器２２とをハードウエアで構成したが、そのすべて又はその何れかをマイコン等を用いソフトウエアで構成してもよい。例えば絶縁増幅器１３を、絶縁増幅回路（図示しない）とＡ／Ｄ変換器（図示しない）とで構成し、ゼロ信号発生器１４と、ゼロ調整指令器１５と、基準値記憶回路１６と、異常検出器２６と、直流分監視手段２５と、電流指令器２１と、瞬時波形制御２３と、加算器１７と、加算器１８と、加算器２２とをマイコンを用いてソフトウエアで構成することもできる。
【００３４】
また、本実施形態では、絶縁増幅器１３を用いたが、単なる増幅器でも同様の効果が得られる。また、直流成分検出器としてローパスフィルタ１１を用いたが、一定期間の電流値の平均値を算出することによって直流成分を検出する回路であってもよい。
【００３５】
実施の形態２．
上記の実施の形態１では、インバータ５の出力電流の直流成分を得るためのローパスフィルタ１１を、分流器１０の出力側に入れたが、絶縁増幅器１３の出力側に接続してもよい。この場合の系統連系システム、特に系統連系インバータの要部構成を図２に示す。分流器１０で検出されたインバータ５の出力電流は入力切替器１２により選択されたときに絶縁増幅器１３に入力され、絶縁増幅される。また、ゼロ調整指令器１５により入力切替器１２がゼロ信号発生器１４側に切り替えられたときには、ゼロ信号発生器１４の出力が絶縁増幅器１３に入力される。絶縁増幅器１３の出力はローパスフィルタ１１に入力され、直流成分が検出される。その他の構成及び動作は上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
このようにローパスフィルタ１１を絶縁増幅器１３の出力側に接続した場合には、商用系統３の電圧周期に同期したタイミングでゼロ調整指令器１５から指令信号を出力し、ゼロ信号発生器１４の信号を絶縁増幅器１３に出力する必要がある。この場合の各構成部分の出力波形を図３に示す。図３において、（ａ）は商用系統３の電圧波形である。（ｂ）はインバータ５の出力電流波形であり、タイミングｔ２までは直流成分を含んだ波形となっている。
【００３７】
（ｃ）はゼロ調整指令器１５の出力波形であり、商用系統３に同期したタイミングで、かつ０．５秒未満の任意の時間、指令信号を出力する。例えば、商用系統３の周期１００回毎に１回、ゼロクロス点ｔ１でＯＮし、商用系統３の１電圧周期の時間、すなわち、商用系統３が５０Ｈｚのときは０．０２秒、６０Ｈｚのときは約０．０１６秒を経過した時点ｔ２でＯＦＦするように設定されている。
【００３８】
（ｄ）は絶縁増幅器１３の入力信号であり、ゼロ調整指令器１５からの指令信号がなく入力切替器１２が分流器１０を選択しているｔ１までの間は分流器１０が検出したインバータ５の出力電流が入力される。ゼロ調整指令器１５から指令信号が出力されているｔ１からｔ２の間はゼロ信号発生器１４の出力が入力される。
【００３９】
（ｅ）は絶縁増幅器１３の出力信号であり、ｔ１からｔ２の間の出力が絶縁増幅器１３のオフセット誤差である。（ｆ）は基準値記憶回路１６の出力信号である。（ｇ）はローパスフィルタ１１の出力信号であり、インバータ５の直流成分に相当する信号である。
【００４０】
タイミングｔ２以降、ローパスフィルタ１１からは絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正された直流成分が出力されていることがわかる。なお、図では簡略化して示しているが、ローパスフィルタ１１の出力は実際にはタイミングｔ２付近で徐々に変化する。そして、インバータ５の出力電流（ｂ）は、タイミングｔ２以降、直流成分が除かれた波形になっていることがわかる。
【００４１】
次に、図２に示す回路構成で、ゼロ調整指令器１５の出力が商用系統３に同期していない場合の各構成部分の出力について、図４を用いて説明する。図４において、（ａ）から（ｇ）は図３と同じ部分の出力波形を示している。（ｃ）に示すように、ゼロ調整指令器１５の出力は商用系統３に同期せず、商用系統３の１周期中のインバータ出力が＋の時に出力されている。ゼロ調整指令器１５から指令信号が出力されている時の絶縁増幅器１３の入力はゼロであり、出力側にはオフセット誤差が現れる。基準値記憶回路１６にはそのオフセット誤差が記憶され、（ｆ）に示すように記憶されたオフセット誤差信号が出力される。
【００４２】
ところが、ローパスフィルタ１１では、絶縁増幅器１３の出力波形を平均化して直流成分を抽出するため、ゼロ調整指令器１５の指令によって＋側が一部欠けた波形の信号を平均化することによって、−側にずれた誤った直流成分が出力されてしまうことになる。そのため、インバータ５の出力電流に含まれる直流成分を正確に除くことができず、（ｂ）に示すようにタイミングｔ２以降も直流成分が残ったままの電流が出力されることになる。
【００４３】
このように、この実施の形態２によれば、ローパスフィルタ１１を絶縁増幅器１３の出力側に接続して、絶縁増幅器１３の出力から直流成分を検出するようにし、商用系統３の電圧周期に同期したタイミングでゼロ信号発生器１４の信号を絶縁増幅器１３に出力するようにしたので、上記の実施の形態１と同様、インバータを停止することなく、インバータ出力電流の直流成分を精度良く補正することができるとともに、信号発生タイミングを決定するためのタイマ等を省略することができる。
【００４４】
さらに、このようにインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態１における回路構成の場合には、ゼロ調整指令器１５の出力を商用系統３の電圧周期に同期させなくても、ローパスフィルタ１１の出力が異常になることはないが、ゼロ調整指令器１５の出力を商用系統３の電圧周期に同期させれば、信号発生タイミングを決定するためのタイマ等が省略できるという効果が得られる。
【００４６】
実施の形態３．
図５は本発明の第３の実施形態における系統連系システムを示し、特に系統連系インバータの要部構成を例示したものである。図１に示す第１の実施形態と異なる点は、ゼロ信号発生器と入力切替器をなくし、代わりに入力短絡回路３０を設けたことである。この実施の形態は、分流器１０として、インバータ５の出力電流がない場合に０Ｖを出力するシャント抵抗などを用いる場合に効果がある。以下、具体的に説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付け、説明を省略する。
【００４７】
インバータ５の出力電流は分流器１０で検出され、ローパスフィルタ１１により直流成分が検出される。ローパスフィルタ１１から出力された直流成分は、入力短絡回路３０へ入力される。
【００４８】
入力短絡回路３０は絶縁増幅器１３の入力端子間を短絡する回路で、例えばフォトカプラ等の半導体素子を用いて構成され、ゼロ調整指令器１５からの指令信号に基づいて動作する。入力短絡回路３０が動作したときは、絶縁増幅器１３の入力端子間は、ローパスフィルタ１１の出力に関わらず、強制的に短絡される。絶縁増幅器１３の入力端子間が短絡されると、インバータ５の出力電流がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号に相当する信号が絶縁増幅器１３に入力されることになる。なお、分流器１０およびローパスフィルタ１１の出力からの短絡電流を防ぐため、入力短絡回路３０には抵抗等による短絡電流を抑制する手段（図示しない）が含まれている。
【００４９】
一方、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が出力されず、入力短絡回路３０が動作していないときは、ローパスフィルタ１１の出力がそのまま絶縁増幅器１３に入力される。絶縁増幅器１３は入力された信号を絶縁して増幅する。
【００５０】
ゼロ調整指令器１５は、任意のタイミングで、任意の時間、指令信号を出力する。例えばインバータ５が動作中で、分流器１０に電流が流れているときにおいても、指令信号を出力して、入力短絡回路３０により絶縁増幅器１３の入力端子間を短絡することができる。ここで、上記各実施の形態と同様に、ゼロ調整指令器１５の指令信号を出力する任意の時間を０．５秒未満に設定すれば、直流分監視手段２５によるインバータ５の出力電流の直流成分の検出時間、すなわち「分散型電源系統連系指針」にて規定されている検出時限（０．５秒以内）の検出への影響を小さくすることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態２と同様に、商用系統３に同期させて、商用系統３の周期１００回毎に１回、ゼロクロス点のタイミングで、商用系統３の１電圧周期の時間、すなわち、商用系統３が５０Ｈｚのときは０．０２秒間、６０Ｈｚのときは約０．０１６秒間、指令信号を出力するようにしてもよい。このように、ゼロ調整指令器１５の指令信号を商用系統３に同期させて出力するようにすれば、ローパスフィルタ１１を絶縁増幅器１３の出力側に接続した場合でも、ローパスフィルタ１１の出力が異常になることはない。また、信号発生タイミングを決定するためのタイマ等が省略できる。
【００５２】
ゼロ調整指令器１５からの指令信号は基準値記憶回路１６にも入力される。基準値記憶回路１６は書き換え可能なメモリ等で構成され、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力される都度、絶縁増幅器１３の出力を更新して記憶し、記憶した信号を出力する。ここで、ゼロ調整指令器１５からの指令信号が入力されたときの絶縁増幅器１３の出力とは、絶縁増幅器１３の入力が短絡されているときの絶縁増幅器１３の出力であり、絶縁増幅器１３のオフセット誤差に相当するものである。その他の動作は上記実施の形態１における系統連系インバータと同様である。
【００５３】
このように、この実施の形態３によれば、絶縁増幅器１３の入力端子間を、所定のタイミングおよび時間で短絡させることにより、絶縁増幅器のオフセット誤差を補正するようにしたたため、上記の各実施の形態と同様、インバータを停止させたり連系リレーを解列することなく、容易かつ安価な構成で、インバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる。また、ゼロ調整手段としてゼロ調整指令器と入力短絡回路を用いるため、ゼロ信号発生器や入力切替器を用いる上記の各実施の形態に比べ、回路構成がより簡単かつ安価になる。
【００５４】
また、入力短絡回路３０としてラッチングリレーを用いることもできるが、上記のようにフォトカプラ等の半導体素子で構成すれば、反応時間が速いため、ゼロ調整を頻繁に行うことができ、調整のタイミングを商用系統３の周期に対して木目細かく行うことができ、商用系統３の電圧のゼロクロス点に合わせることも容易になる。そのため、周囲温度や電圧等により絶縁増幅器１３のオフセット誤差が変化しても精度良く補正でき、インバータ出力電流の直流成分の検出精度をさらに高めることができる。
【００５５】
また、上記実施の形態１と同様、何らかの事由によりインバータ出力電流の直流成分が増大した場合でも、それを検出し、インバータを停止させることができる。また、従来は絶縁増幅器のオフセット誤差が異常に大きくなってもそれを直接的に検出できなかったが、異常判定器を設けたことにより、絶縁増幅器などの構成要素に異常あった場合でもそれを検出し、インバータを停止させることができる。
【００５６】
さらに、このようにインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００５７】
なお、図５においては、ローパスフィルタ１１を分流器１０の出力側に入れたが、絶縁増幅器１３の出力側に接続しても、同様の効果が得られる。この場合、ローパスフィルタ１１の出力が基準値記憶回路１６と加算器１７に出力される。
【００５８】
実施の形態４．
上記の各実施の形態においては、瞬時波形制御の帰還用に電流検出器２０を用いたが、絶縁増幅器１３を帰還用増幅器としてもよい。この場合の系統連系システム、特に系統連系インバータの要部構成図を図６に示す。図に示すように、この実施の形態によれば、上記各実施の形態で備えられていた電流検出器２０と加算器１８とが不要になる。以下、具体的に説明する。
【００５９】
図に示すように、この実施の形態における系統連系インバータは、インバータ５の出力電流を検出する分流器１０と、分流器１０の出力を絶縁して増幅する絶縁増幅器１３と、絶縁増幅器１３の出力から直流成分を検出するローパスフィルタ１１と、所定のタイミングで指令信号を出力するゼロ調整指令器１５と、インバータ５の出力がない場合に絶縁増幅器１３に入力される信号に相当する信号を記憶し出力するゼロ信号発生器１４と、ゼロ調整指令器１５の出力に基づき、分流器１０からの出力を絶縁増幅器１３に入力するかゼロ信号発生器１４からの出力を絶縁増幅器１３に入力するかを切り替える入力切替器と、ゼロ信号発生器１４からの信号が絶縁増幅器１３に入力されたときのローパスフィルタ１１からの出力を記憶する基準値記憶回路１６を備えている。そして、絶縁増幅器１３の出力と基準値記憶回路１６の出力とが加算器１９に入力され、インバータ５の出力電流から絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正される。この点、インバータ５の出力電流の直流成分から絶縁増幅器１３のオフセット誤差が補正される上記の各実施の形態と異なる。
【００６０】
補正されたインバータ５の出力電流は加算器２２に入力され、電流指令器２１の出力との誤差が瞬時波形制御部２３に入力される。瞬時波形制御器２３は、インバータ５の出力電流の電流値が電流指令器２１で指令する電流値になるよう制御する。
【００６１】
また、ローパスフィルタ１１から出力されたインバータ５の出力電流の直流成分は、直流分監視手段２５に入力され、所定値以上の直流分が所定時間以上発生したときには、直流分監視手段２５から瞬時波形制御器２３にインバータ５の停止信号が出力され、インバータ５が停止される。
【００６２】
このように、この実施の形態によれば、電流検出器を用いることなく、より簡単な構成で、増幅器のオフセット誤差を補正することができ、インバータ出力電流の直流成分を精度良く補正することができる。
【００６３】
また、このようなインバータ出力電流の直流成分を精度良く検出することができる系統連系インバータを直流電源に接続し、その系統連系インバータからの出力を商用系統で利用することにより、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係る系統連系インバータによれば、インバータを停止することなく、所定のタイミングで増幅器の誤差を補正することにより、インバータ出力電流の直流成分を精度良く補正することができる。
【００６５】
また、本発明に係る系統連系システムによれば、商用系統や商用系統に接続される他の装置が直流成分により損傷する恐れのない系統連系システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における系統連系インバータの要部構成図である。
【図２】 実施の形態２における系統連系インバータの要部構成図である。
【図３】 実施の形態２における系統連系インバータの各構成部分の出力波形を示す図である。
【図４】 実施の形態２における系統連系インバータの各構成部分の出力波形を示す図である。
【図５】 実施の形態３における系統連系インバータの要部構成図である。
【図６】 実施の形態４における系統連系インバータの要部構成図である。
【図７】 従来の系統連系インバータの要部構成図である。
【符号の説明】
１ 系統連系インバータ、２ 太陽電池アレイ、３ 商用系統、５ インバータ、１０ 分流器、１１ ローパスフィルタ、１２ 入力切替器、１３ 絶縁増幅器、１４ ゼロ信号発生器、１５ ゼロ調整指令器、１６ 基準値記憶回路、１７ 加算器、１９ 加算器、２５ 直流分監視手段、２６ 異常検出器、３０ 入力短絡回路。
Claims (10)
- 直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、
このインバータの出力電流を検出する分流器と、
この分流器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、
この直流成分検出器の出力を増幅する増幅器と、
前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を所定のタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、
このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、
前記増幅器から出力された前記インバータの出力電流の直流成分から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えた系統連系インバータ。 - 直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、
このインバータの出力電流を検出する分流器と、
この分流器の出力を増幅する増幅器と、
この増幅器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、
前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を前記商用系統の電圧周期に同期したタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、
このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、
前記直流成分検出器から出力された前記インバータの出力電流の直流成分から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えた系統連系インバータ。 - 直流電源に接続され直流電力を交流電力に変換して商用系統に出力するインバータと、
このインバータの出力電流を検出する分流器と、
この分流器の出力を増幅する増幅器と、
この増幅器の出力から直流成分を検出する直流成分検出器と、
前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号を前記商用系統の電圧周期に同期したタイミングで前記増幅器に出力するゼロ調整手段と、
このゼロ調整手段からの信号が前記増幅器に入力されたときの前記増幅器の出力値を基準値として記憶する基準値記憶手段と、
前記増幅器から出力された前記インバータの出力電流から前記基準値記憶手段に記憶された基準値を減算補正する加算器とを備えた系統連系インバータ。 - 前記ゼロ調整手段は、前記インバータの出力電流がない場合に前記増幅器に入力される信号に相当する信号が記憶されたゼロ信号発生器を有することを特徴とする前記請求項１ないし前記請求項３の何れかに記載の系統連系インバータ。
- 前記ゼロ調整手段は前記増幅器の入力端子間を短絡する半導体素子を有することを特徴とする前記請求項１ないし前記請求項３の何れかに記載の系統連系インバータ。
- 前記基準値記憶手段に記憶された基準値が所定値以上となったとき、前記インバータを停止することを特徴とする前記請求項１ないし前記請求項５の何れかに記載の系統連系インバータ。
- 前記ゼロ調整手段の出力時間を０．５秒未満とすることを特徴とする前記請求項１ないし前記請求項６の何れかに記載の系統連系インバータ。
- 前記加算器により補正された直流成分を検出し、所定値以上の直流成分が所定時間以上検出された場合にインバータを停止するための信号を出力する直流分監視手段を備え、ゼロ調整手段が出力動作をしているときは、前記直流分監視手段が直流成分の検出動作を行わないか、または所定値以上の直流成分を所定時間以上検出してもインバータ停止信号を出力しないようにしたことを特徴とする前記請求項１ないし前記請求項７の何れかに記載の系統連系インバータ。
- 前記加算器により補正された直流成分を検出し、所定値以上の直流成分が所定時間以上検出された場合にインバータを停止するための信号を出力する直流分監視手段を備え、この直流分監視手段が所定値以上の直流成分を検出しているときは、前記ゼロ調整手段が出力動作をしないようにしたことを特徴とする前記請求項１ないし前記請求項７の何れかに記載の系統連系インバータ。
- 前記請求項１ないし前記請求項９の何れかに記載の系統連系インバータと、この系統連系インバータに直流電力を出力する直流電源とを備えた系統連系システム。
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