JP3979274B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置、特に太陽電池などの直流電源を交流電源に変換し、商用系統と連系して負荷に対する電力供給を可能にした電力変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、太陽電池の起電力を交流電力に変換し、商用系統(商用交流電源)と連系して負荷に対する電力供給を可能にした電源系統連系システムが提供されている。
【0003】
図9はこのような電源系統連系システムの一例を示す図で、この電源系統連系システムは、日射量に応じた直流電力を得る太陽電池1、この太陽電池1からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置2、及び商用系統3により構成され、これら電力変換装置2と商用系統3との間に接続された負荷4に対して、電力変換装置2及び商用系統3の連系運転と商用系統3のみの単独運転とのいずれか一方に切り替えて交流電力を供給するものである(例えば特許文献1参照)。
【0004】
電力変換装置2は、太陽電池1の出力電圧を昇圧する昇圧回路5、昇圧回路5の出力を交流電圧に変換するインバータ回路6、インバータ回路6の出力を平滑して出力波形を正弦波状の波形とするフィルタ回路7、マイクロコンピュータからなり昇圧回路5及びインバータ回路6の各スイッチ素子にオン/オフ信号を与える制御部8、及び解列開閉器9などで構成される。昇圧回路5では、日射量に応じて0V〜300V程度の範囲内で絶えず変動する太陽電池1の出力電圧を商用系統3の交流電圧値の大略1.4倍の直流電圧に昇圧しており、この昇圧された直流電圧を入力としてインバータ回路6でPWM制御などを行うことにより正弦波状の交流電圧に変換して出力している。
【0005】
昇圧回路5は、太陽電池1の正極側に一端が接続されるリアクトル51と、このリアクトル51の他端にコレクタが接続されエミッタが太陽電池1の負極側に接続されるIGBTのようなスイッチ素子52と、このスイッチ素子52のコレクタにアノードが接続されるダイオード53と、このダイオード53のカソードとスイッチ素子52のエミッタとの間に接続される電解コンデンサよりなるコンデンサ54とで、1石式昇圧チョッパとして構成される。昇圧回路5の出力電圧は電圧検出器55で検出され、電圧検出器55の検出信号が制御部8に入力されており、制御部8で演算処理を行って決定したデューティ比のパルス信号(制御信号S52)がスイッチ素子52のゲートに与えられ、昇圧回路5の出力電圧が所定の一定電圧に制御される。
【0006】
インバータ回路6は、IGBTのようなスイッチ素子61〜64をフルブリッジ接続して構成され、制御部8のPWM制御にしたがって各スイッチ素子61〜64をスイッチングして、昇圧回路5からの直流電力を交流電力に変換するものである。制御部8は、図10(a)に示すような正弦波状の指令電圧Veと三角波状の基準発振電圧Vsとの高低を比較することで図10(b)に示すようなパルス列を生成しており、このパルス列を制御信号S61,S64として対角の位置にあるスイッチ素子61,64のゲートに与えるとともに、このパルス列の反転信号(図10(c)参照)を制御信号S62,S63としてスイッチ素子62,63のゲートに与えることで、パルス幅が正弦波状に変調された電圧波形を得ている。
【0007】
フィルタ回路7は、直列接続されたスイッチ素子62,64の接続点に一端が接続されたリアクトル71と、直列接続されたスイッチ素子61,63の接続点に一端が接続されたリアクトル72と、これらリアクトル71,72の他端間に接続されたコンデンサ73とで構成されるローパスフィルタからなり、基準発振によるリップル成分を平滑して、インバータ回路6の出力を正弦波状の電流波形に平滑し、負荷4や商用電源系統3に供給するものである。
【0008】
ここで、電力変換装置2の運転中に各スイッチ素子61〜64への制御信号S61〜S64の伝達が不良になったり、スイッチ素子61〜64が破損するなどして、スイッチ素子61〜64の一部が不動作状態になった場合、電力変換装置2の出力が正弦波状の出力とならず、半波のみ出力される場合(直流流出)がある。電力変換装置2からの出力電流が半波電流になると、インバータ回路6からの出力電流に直流成分が発生するので、半波出力状態を検出するために出力電流に含まれる直流電流成分を検出するシャント抵抗器10をフィルタ回路7と解列開閉器9との間に直列に接続してある。
【0009】
シャント抵抗器10の両端電圧に含まれる交流成分はローパスフィルタ13によって除去され、直流成分のみが電圧比較部14に入力される。電圧比較部14は、ローパスフィルタ13からの入力(出力電流の直流成分に比例した電圧)と、予め設定された所定のしきい値との高低を比較して、閾値を超えた場合はエラー信号を出力しており、このエラー信号はフォトカプラ15で絶縁されて制御部8に入力されるようになっている。そして、制御部8では、フォトカプラ15を介してエラー信号が入力されると、スイッチ素子61〜64に与える制御信号S61〜S64を調整して、出力電流に含まれる直流成分が減少するようにインバータ回路6の出力を抑制したり、出力を停止させていた。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−165357号公報(第3頁−第4頁、及び、第1図)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電力変換装置では、インバータ回路6を構成するスイッチ素子61〜64の一部が不動作状態になると、インバータ回路6の出力が半波のみの波形となって、出力電流に含まれる直流成分が増加するので、制御部8では、シャント抵抗器10を用いて検出した直流成分が所定のしきい値を超えると、制御信号S61〜S64を調整してインバータ回路6の出力を一旦停止させていた。しかしながら、直流流出自体は重大な異常でないため、インバータ回路6を停止させてから例えば一定時間が経過すると、電力変換装置2の再起動処理が行われる。再起動処理が行われてもスイッチ素子61〜64の一部は依然として不動作状態であるから出力が半波出力状態となり、制御部8が直流流出を検出してインバータ回路6を再度停止させてしまう。そして、この動作を繰り返すことで無限ループに陥ってしまう。すなわち、発電能力が無い状態にも関わらず、再起動を繰り返し、制御部8がその都度インバータ回路6の動作を停止させることになるので、異常と判断して再起動を停止させることができなかった。
【0012】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、スイッチ素子が正常に動作することを確認してから連系運転を開始することのできる電力変換装置を提供することにある。
【0013】
【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の発明では、直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン/オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン/オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン/オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、電力変換部の出力電流を検出する電流検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電流を略ゼロとするゼロ電流出力制御を行うとともに、電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とする。
【0017】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、電流検出部の検出した出力電流と予め設定された閾値電流との大小を比較する比較部を設け、制御部は、比較部の比較結果をもとにスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする。
【0018】
請求項3の発明では、請求項1の発明において、制御部は、電流検出部の検出結果をA/D変換して取り込むA/D変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、A/D変換部を介して取り込んだ電流検出部の検出結果をもとに、電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
(参考例1)
本発明の参考例1を図1〜図4に基づいて説明する。図1は電源系統連系システムのシステム構成図であり、日射量に応じた直流電力を得る太陽電池1と、この太陽電池1からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置2と、商用系統3とで構成され、これら電力変換装置2と商用系統3との間に接続された負荷4に対して、電力変換装置2及び商用系統3の連系運転と商用系統3のみの単独運転とのいずれか一方に切り替えて交流電力を供給するものである。尚、電源系統連系システムの基本的な構成は上述した図9のシステムと同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【0021】
電力変換装置2は、太陽電池1の出力電圧を昇圧する昇圧回路5、昇圧回路5の出力を交流電圧に変換するインバータ回路6、及びインバータ回路6の出力を平滑して出力波形を正弦波状の波形とするフィルタ回路7からなる電力変換部と、マイクロコンピュータからなり昇圧回路5及びインバータ回路6の各スイッチ素子にオン/オフ信号を与える制御部8と、解列開閉器9とを主要な構成としている。
【0022】
昇圧回路5は、太陽電池1の正極側に一端が接続されるリアクトル51と、このリアクトル51の他端にコレクタが接続されエミッタが太陽電池1の負極側に接続されるIGBTのようなスイッチ素子52と、このスイッチ素子52のコレクタにアノードが接続されるダイオード53と、このダイオード53のカソードとスイッチ素子52のエミッタとの間に接続される電解コンデンサよりなるコンデンサ54とで、1石式昇圧チョッパとして構成される。昇圧回路5の出力電圧は電圧検出器55で検出され、電圧検出器55の検出信号が制御部8に入力されており、制御部8で演算処理を行って決定したデューティ比のパルス信号がスイッチ素子52のゲートに与えられ、昇圧回路5の出力電圧が所定の一定電圧に制御される。
【0023】
インバータ回路6は、IGBTのようなスイッチ素子61〜64をフルブリッジ接続して構成され、スイッチ素子61,63の直列回路と、スイッチ素子62,64の直列回路とがそれぞれ昇圧回路5の出力端子間に接続されている。そして、制御部8のPWM制御にしたがって各スイッチ素子61〜64をオン/オフさせることで、昇圧回路5からの直流電力を交流電力に変換している。
【0024】
フィルタ回路7は、直列接続されたスイッチ素子62,64の接続点に一端が接続されたリアクトル71と、直列接続されたスイッチ素子61,63の接続点に一端が接続されたリアクトル72と、これらリアクトル71,72の他端間に接続されたコンデンサ73とで構成されるローパスフィルタからなり、インバータ回路5の出力に含まれるリップル成分を平滑して、インバータ回路6の出力を正弦波状の電流波形に平滑し、負荷4や商用電源系統3に供給するものである。
【0025】
制御部8は、昇圧回路5のスイッチ素子52や、インバータ回路6のスイッチ素子61〜64のオン/オフを制御することで、電力変換装置2の出力を制御しており、太陽電池1からの直流電力を交流電力に変換する基本動作は従来技術で説明した図9の回路と略同様であるのでその説明は省略する。
【0026】
また、フィルタ回路7と解列開閉器9との間には、電力変換部の出力電流(主として出力電流に含まれる直流電流成分)を検出するためのシャント抵抗器10(出力電流検出部)が直列に接続されており、制御部8では、連系運転中にシャント抵抗器10を用いて検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると、制御信号S61〜S64を調整して直流電流成分を低減させるように、インバータ回路6の出力を抑制している。
【0027】
本参考例の電力変換装置2が、従来技術で説明した電力変換装置2と異なる点は、連系運転を開始する前の無負荷状態において制御部8が電力変換部の出力電圧制御を行い、この時の出力電圧をもとにスイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断し、正常であることを確認してから連系運転に移行する点にある。
【0028】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部8は、解列開閉器9をオフさせて無負荷状態(解列状態)とし、この状態で例えば電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるような出力電圧制御を行う。フィルタ回路7の出力端子間(すなわち電力変換部の出力端子間)には例えば高インピーダンスの抵抗器からなる電圧検出部11が接続されており、電圧検出部11の両端電圧V1を全波整流器16で全波整流し、さらに平滑部17で平滑して直流信号に変換した後、平滑部17の出力電圧V2と、閾値設定部19により予め設定された閾値電圧Vthとの高低を比較部18で比較する。比較部18は、平滑部17の出力電圧V2が閾値電圧Vthを超えていればHレベルの信号を、出力電圧V2が閾値電圧Vthよりも低ければLレベルの信号を制御部8に出力しており、制御部8は比較部18からの信号のハイ/ローに応じてスイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判定する。
【0029】
上述のように制御部8が、電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるように出力電圧制御を行う場合、電圧指令値は図3(a)に示すような信号波形となる。ここで、スイッチ素子61〜64が正常に動作していれば、電力変換部の出力電圧(つまり電圧検出部11の両端電圧V1)の波形も図3(b)に示すような正弦波形となるが、スイッチ素子61〜64の一部が不動作になると、不動作となったスイッチ素子を含む出力経路が無くなるので、正弦波の正又は負何れか一方のみの出力(半波出力)となる(図3(c)参照)。したがって、図4(a)(b)に示すように、正弦波形の出力電圧V1を整流、平滑して得た正常動作時の電圧V2に比べて、半波の出力電圧V1を整流、平滑して得た不動作時の電圧V2は小さくなる。ここで、閾値電圧Vthを正常動作時の電圧V2よりも低く、且つ、不動作時の電圧V2よりも高い電圧に設定すれば、比較部18の出力は正常動作時にはHレベル、不動作時にはLレベルになる。而して、制御部8は、比較部18の出力信号のハイ/ローからスイッチ素子61〜64が正常に動作しているか否かを判定することができ、スイッチ素子61〜64が正常に動作している時には解列開閉器9をオンにして、連系運転に移行させている。
【0030】
このように、制御部8は、スイッチ素子61〜64が正常に動作していることを確認した後に、連系運転を開始させているので、スイッチ素子61〜64の一部が不動作となって、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路6を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路6を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【0031】
(参考例2)
本発明の参考例2を図5に基づいて説明する。尚、基本的な構成は参考例1と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【0032】
上述の参考例1では電圧検出部11の出力を全波整流器16で全波整流し、平滑部17で平滑して得た電圧V2と、閾値設定部19で設定された閾値電圧Vthとの高低を比較部18で比較しており、制御部8が、比較部18の比較結果をもとにスイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断しているのに対して、本参考例では、マイクロコンピュータよりなる制御部8に、電圧検出部11の検出結果(両端電圧)をA/D変換して取り込むA/D変換部8aを内蔵させており、制御部8がA/D変換部8aを介して取り込んだ電圧検出部11の検出結果をもとに出力電圧制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断している。
【0033】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部8は、解列開閉器9をオフさせて無負荷状態(解列状態)とし、この状態で例えば電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるような出力電圧制御を行うとともに、A/D変換部8aにより電圧検出部11の両端電圧をA/D変換して取り込み、出力電圧制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子61〜64の動作が正常か否かを判断する。そして、スイッチ素子61〜64の動作が正常であれば、制御部8は解列開閉器9をオンして連系運転に移行させている。
【0034】
ここで、制御部8が、電力変換部の出力電圧の波形が正弦波となるように出力電圧制御を行った場合、スイッチ素子61〜64の一部が不動作になると、不動作となったスイッチ素子を含む出力経路が無くなるので、正弦波の正又は負何れか一方のみの出力(半波出力)となる(図3(c)参照)。この時、電圧信号の指令信号の波形は正弦波、A/D変換部8aを介して取り込んだ電圧検出部11の検出結果は半波となるから、制御部8では指令信号と検出結果とのずれを比較的容易に判断できる。また、スイッチ素子61〜64が正常に動作している場合は、指令信号の波形とA/D変換部8aを介して取り込んだ電圧検出部11の検出結果が共に正弦波となるから、両者の間にずれは発生せず、スイッチ素子61〜64の動作が正常であると容易に判断できる。尚、出力電圧制御の指令信号が正負対称の波形であれば、スイッチ素子61〜64の一部が不動作になって、不動作となったスイッチ素子を含む出力経路が無くなった時に、出力が半波のみの波形となるので、制御部8による判断がやりやすいが、正弦波以外の指令信号を用いても良いことは言うまでもない。
【0035】
以上のようにして制御部8はスイッチ素子61〜64の動作が正常か否かを判断し、スイッチ素子61〜64の動作が正常であれば連系運転に移行させているので、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路6を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路6を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【0036】
尚、参考例1、2では起動時の連系運転を開始する前の無負荷状態において、制御部8が電力変換部の出力電圧制御を行うとともに、電圧検出部11が検出した出力電圧に基づいてブリッジ接続されたスイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断しているのであるが、電圧検出部11の検出した出力電圧からスイッチ素子61〜64の動作が正常か否かを判断する回路を上記の回路に限定する趣旨のものではなく、出力電圧に基づいてスイッチ素子61〜64の動作を判定するのであれば回路構成は問わない。
【0037】
(実施形態1)
本発明の実施形態1を図6及び図7に基づいて説明する。尚、基本的な構成は参考例1又は2と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【0038】
本実施形態では、電圧変換部の出力電圧を検出する電圧検出部11の代わりに、フィルタ回路7と解列開閉器9との間にホール素子のような電流センサー12(電流検出部)を設け、電流センサー12で電力変換部の出力電流を検出している。そして、電流センサー12の検出した電流値と、閾値設定部20で予め設定された閾値電流Ithとの大小を比較部21で比較しており、この比較結果をもとに制御部8はスイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断している。
【0039】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部8は、解列開閉器9をオフさせて無負荷状態(解列状態)とし、この状態で例えば電力変換部の出力電流が略ゼロとなるようなゼロ電流出力制御を行う。
【0040】
ゼロ電流出力制御では、図7(a)(b)に示すように、ブリッジ接続されたスイッチ素子61〜64の内、対角の位置にあるスイッチ素子61,64にオン期間とオフ期間とが同一のパルス信号を制御信号S61,S64として与えるとともに、残りの2つのスイッチ素子62,63に上記パルス信号を反転させたパルス信号を制御信号S62,S63として与えている。
【0041】
スイッチ素子61,64がオン、スイッチ素子62,63がオフの期間T1では、スイッチ素子61→リアクトル72→コンデンサ73→リアクトル71→スイッチ素子64の経路で電流I1が流れ、スイッチ素子61,64がオフ、スイッチ素子62,63がオンの期間T2では、スイッチ素子62→リアクトル71→コンデンサ73→リアクトル72→スイッチ素子63の経路で電流I1が逆向きに流れるのであるが、期間T1と期間T2とを同じ時間幅に設定しているので、スイッチ素子61〜64の動作が正常であれば期間T1に流れる電流と期間T2に逆向きに流れる電流とが略同じになり、出力電流I1がゼロ付近で制御される(図7(c)参照)。一方、スイッチ素子61〜64の一部が不動作になった場合、例えばスイッチ素子62又は63が不動作になって、スイッチ素子62,63を含む経路に電流が流れなくなった場合は、スイッチ素子61,64のオン期間(期間T1)には電流が流れるが、スイッチ素子62,63のオン期間(T2)には逆向きの電流が流れないため、出力電流をゼロ付近に戻すことができず、この状態を繰り返すことで出力電流が徐々に増加することになる(図7(d)参照)。ここで、閾値設定部20の閾値電流Ithを、スイッチ素子61〜64の動作が正常な場合の出力電流よりも大きく、且つ、不動作時の出力電流よりも小さくなるような電流値に設定しておけば、比較部21の出力が例えば正常動作時にはHレベル(ハイ)になり、不動作時にはLレベル(ロー)になる。
【0042】
而して、制御部8は、比較部21の出力信号のハイ/ローからスイッチ素子61〜64が正常に動作しているか否かを判定することができ、スイッチ素子61〜64が正常に動作している時には解列開閉器9をオンにして、連系運転に移行させることができる。
【0043】
このように、制御部8は、スイッチ素子61〜64が正常に動作していることを確認した後に、連系運転を開始させているので、スイッチ素子61〜64の一部が不動作となって、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路6を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路6を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【0044】
(実施形態2)
本発明の実施形態2を図8に基づいて説明する。尚、基本的な構成は実施形態1と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【0045】
上述の実施形態1では電流センサー12の検出した電流値と、閾値設定部20で設定された閾値電流Ithとの大小を比較部21で比較し、この比較結果をもとに制御部8はスイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断しているのに対して、本実施形態では、マイクロコンピュータよりなる制御部8に、電流センサー12の検出結果をA/D変換して取り込むA/D変換部8bを内蔵させており、A/D変換部8bを介して取り込んだ電流センサー12の検出結果をもとに、ゼロ電流出力制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断している。
【0046】
すなわち、起動時において連系運転を開始する前に、制御部8は、解列開閉器9をオフさせて無負荷状態(解列状態)とし、この状態で例えば電力変換部の出力電流が略ゼロとなるようなゼロ電流出力制御を行う。
【0047】
ゼロ電流出力制御では、図7(a)(b)に示すように、ブリッジ接続されたスイッチ素子61〜64の内、対角の位置にあるスイッチ素子61,64にオン期間とオフ期間とが同一のパルス信号を制御信号S61,S64として与えるとともに、残りの2つのスイッチ素子62,63に上記パルス信号を反転させたパルス信号を制御信号S62,S63として与えている。
【0048】
ここで、実施形態1で説明したようにスイッチ素子61〜64の動作が正常であれば、インバータ回路6の出力端には図7(c)に示すような出力電流I1が流れて、出力電流が略ゼロに制御されるが、スイッチ素子61〜64の一部が不動作になった場合、例えばスイッチ素子62又は63が不動作になって、スイッチ素子62,63を含む経路に電流が流れなくなった場合は、スイッチ素子61,64のオン期間(期間T1)には電流が流れるが、スイッチ素子62,63のオン期間(T2)には逆向きの電流が流れないため、出力電流をゼロ付近に戻すことができず、この状態を繰り返すことで出力電流が徐々に増加することになる(図7(d)参照)。
【0049】
而して、制御部8では、ゼロ電流出力制御を行うとともに、電流センサー12の検出結果をA/D変換部8bを介して取り込み、ゼロ電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子61〜64が正常に動作しているか否かを判断することができる。例えば、A/D変換部8aを介して取り込んだ電流値が所定の閾値電流を超えた場合には、スイッチ素子61〜64の動作が異常であると判断すれば良い。そして、制御部8は、スイッチ素子61〜64が正常に動作している時には解列開閉器9をオンにして、連系運転に移行させており、スイッチ素子61〜64の一部が不動作となって、出力電圧の波形が半波となっている状態で、連系運転に移行することはなく、従来の電力変換装置のように、直流電流成分を検出してインバータ回路6を停止させ、その後の再起動時に直流電流成分を再び検出してインバータ回路6を停止させるというような無限ループに陥るのを防止できる。
【0050】
尚、実施形態1、2では起動時の連系運転を開始する前の無負荷状態において、制御部8が、電力変換部の出力電流を略ゼロに制御するようなゼロ電流出力制御を行うとともに、電流センサー12の検出した出力電流に基づいてブリッジ接続されたスイッチ素子61〜64の動作が正常であるか否かを判断しているのであるが、電流センサー12の検出した出力電流からスイッチ素子61〜64の動作が正常か否かを判断する回路を上記の回路に限定する趣旨のものではなく、出力電流に基づいてスイッチ素子61〜64の動作を判定するのであれば回路構成は問わない。
【0051】
【発明の効果】
上述のように、請求項1の発明は、直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン/オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン/オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン/オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、電力変換部の出力電流を検出する電流検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電流を略ゼロとするゼロ電流出力制御を行うとともに、電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とする。
【0054】
請求項1の発明は上記構成を採用しており、連系運転を開始する前の無負荷状態において、制御部はゼロ電流出力制御を行い、この間に電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断しており、スイッチ素子の動作が正常であるのを確認してから連系運転に移行させているので、ブリッジ接続されたスイッチ素子の一部が不動作となって、出力が半波出力状態となっているにも関わらず連系運転が開始されるのを防止できる。したがって、従来の電力変換装置のように、連系運転を開始すると出力電流に含まれる直流成分を検出して出力を抑制し、その後再起動時に再び出力電流に含まれる直流成分を検出して出力を抑制するというような無限ループに陥るのを回避することができる。
【0055】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、電流検出部の検出した出力電流と予め設定された閾値電流との大小を比較する比較部を設け、制御部は、比較部の比較結果をもとにスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とし、請求項1の発明と同様の効果を奏する。
【0056】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、制御部は、電流検出部の検出結果をA/D変換して取り込むA/D変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、A/D変換部を介して取り込んだ電流検出部の検出結果をもとに、電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とし、請求項1の発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例1の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図2】同上の要部を示すブロック図である。
【図3】(a)は電圧指令値の波形図、(b)は正常動作時の検出電圧の波形図、(c)はスイッチ素子の一部が不動作の場合の検出電圧の波形図である。
【図4】(a)は正常動作時の検出電圧と、この検出電圧を整流、平滑した電圧の波形図、(b)はスイッチ素子の一部が不動作の場合の検出電圧と、この検出電圧を整流、平滑した電圧の波形図である。
【図5】参考例2の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図6】実施形態1の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図7】(a)は同上の制御信号S61,S64の波形図、(b)は制御信号S62,S63の波形図、(c)は正常動作時の出力電流の波形図、(d)はスイッチ素子の一部が不動作の場合の出力電流の波形図である。
【図8】実施形態2の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図9】従来の電力変換装置を用いる電源系統連系システムのブロック回路図である。
【図10】(a)は同上の指令電圧Ve、基準発振電圧Vsの波形図、(b)は制御信号S61,S64の波形図、(c)は制御信号S62,S63の波形図である。
【符号の説明】
1 太陽電池
2 電力変換装置
5 昇圧回路
6 インバータ回路
7 フィルタ回路
8 制御部
9 解列開閉器
11 電圧検出部
61〜64 スイッチ素子
Claims (3)
- 直流電源からの直流電力をブリッジ接続されたスイッチ素子でスイッチングすることによって交流電力に変換して商用系統側に供給する電力変換部と、電力変換部と商用系統との間に設けられ、これら電力変換部と商用系統との間を連系乃至解列する解列開閉器と、電力変換部の出力電流に含まれる直流電流成分を検出する出力電流検出部と、スイッチ素子のオン/オフを制御して電力変換部の出力を制御するとともに解列開閉器のオン/オフを制御し、且つ、連系運転中に出力電流検出部の検出した直流電流成分が所定のしきい値を超えると電力変換部の出力を抑制するようにスイッチ素子のオン/オフを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、
電力変換部の出力電流を検出する電流検出部を設け、制御部は、起動時に解列開閉器をオフさせた無負荷状態において、電力変換部の出力電流を略ゼロとするゼロ電流出力制御を行うとともに、電流検出部が検出した出力電流に基づいてスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断し、スイッチ素子の動作が正常な場合は解列開閉器をオンして連系運転に移行させることを特徴とする電力変換装置。 - 電流検出部の検出した出力電流と予め設定された閾値電流との大小を比較する比較部を設け、制御部は、比較部の比較結果をもとにスイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
- 制御部は、電流検出部の検出結果をA/D変換して取り込むA/D変換部を内蔵したマイクロコンピュータからなり、A/D変換部を介して取り込んだ電流検出部の検出結果をもとに、電流制御の指令信号に対して所定の出力が得られたか否かを判定することで、スイッチ素子の動作が正常であるか否かを判断することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
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