JP4155214B2

JP4155214B2 - 系統連系インバータ装置

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Publication number: JP4155214B2
Application number: JP2004085098A
Authority: JP
Inventors: 信一郎岡本; 博昭小新; 潔後藤; 晃吉武
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: JP2005278253A

Description

本発明は、インバータ部の単独運転状態を検出する系統連系インバータ装置に関するものである。

本実施形態の系統連系インバータ装置は図１６に示すように、直流電源１と、パワーコンディショナ２と、商用電力系統３と、負荷４とを備える。直流電源１は太陽光のエネルギーを直流電力に変換する太陽電池等で構成され、直流電源１が出力する直流電力はパワーコンディショナ２によって交流電力に変換される。パワーコンディショナ２及び商用電力系統３は交流電力を負荷４に連系して供給し、直流電源１の発電電力はパワーコンディショナ２を介して、商用電力系統３に連系している。

パワーコンディショナ２は、インバータ部２ａと、解列用リレー２ｂと、電圧検出部２ｃと、単独運転検出装置２ｄと、系統連系保護装置２ｅとを備える。インバータ部２ａは、直流電源１の直流電力を交流電力に変換し、解列用リレー２ｂを介して交流電力を出力する。電圧検出部２ｃは、解列用リレー２ｂを介したインバータ部２ａの出力と商用電力系統３との連系点の電圧を検出して電圧検出信号を出力する。単独運転検出装置２ｄは、能動変動作成部２０と単独運転判断部２１とから構成され、能動変動作成部２０は、インバータ部２ａの出力電流を変動させるもので、単独運転判断部２１は、電圧検出部２ｃが出力する連系点の電圧検出信号から、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転状態になっているか否かを判断する。系統連系保護装置２ｅは、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転状態になっていると単独運転判断部２１が判断した場合に、解列用リレー２ｂを開動作させてインバータ部２ａと商用電力系統３とを切り離す（解列動作）とともに、インバータ部２ａの出力を停止させる。なお、インバータ部２ａは電流フィードバックによって出力を制御しているが、図１６ではインバータ部２ａの出力電流を検出する電流検出部を省略している。

ここで、商用電力系統３で何らかの異常が発生して商用電力系統３からの電力供給が停止し、インバータ部２ａが単独運転状態となった場合には、事故被害の拡大や、復旧作業者の感電等を避けるために、即座に単独運転判断部２１で単独運転状態を検出し、インバータ部２ａの出力停止と、解列用リレー２ｂによるインバータ部２ａと商用電力系統３との解列動作を行う必要がある。

そこで単独運転判断部２１では、過電圧検出機能（ＯＶ）、不足電圧検出機能（ＵＶ）、周波数上昇検出機能（ＯＦ）、周波数低下検出機能（ＵＦ）の他に、受動方式及び能動方式の２方式を併用することで、インバータ部２ａの単独運転状態を検出している。

過電圧検出機能（ＯＶ）、不足電圧検出機能（ＵＶ）、周波数上昇検出機能（ＯＦ）、周波数低下検出機能（ＵＦ）は、インバータ部２ａの単独運転状態になった時に生じる連系点の電圧や周波数の変化を検出するものである。受動方式は、単独運転移行時の電圧位相や周波数等の急変を検出する方式であり、一般に高速性に優れるという特徴を有している。受動方式には、電圧位相跳躍検出方式、３次高調波電圧歪急増検出方式、周波数変化率検出方式等がある。しかし、インバータ部２ａの出力と負荷４の消費電力とが平衡する等の特殊な条件下においては、商用電力系統３からの電力供給の停止が発生したとしても、上述の過電圧検出機能（ＯＶ）、不足電圧検出機能（ＵＶ）、周波数上昇検出機能（ＯＦ）、周波数低下検出機能（ＵＦ）、及び受動方式では単独運転状態を検出できない場合がある。

そこで、能動方式を併用して、常時インバータ部２ａの出力に変動を与えておき、単独運転時に顕著になるこの変動を検出する。この方式は原理的には不感帯領域がない点に優れている。能動方式には、周波数シフト方式、有効電力変動方式、無効電力変動方式等があり、以下、各方式における能動変動作成部２０及び単独運転判断部２１の動作について説明する。

まず、周波数シフト方式は、電圧検出部２ｃが出力する連系点の電圧検出信号を単独運転検出装置２ｄが取り込み、能動変動作成部２０は、電圧検出信号の周波数が商用電力系統３の基本周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）より高い場合、電圧検出信号の周波数に微少周波数αを加算した周波数を決定し、電圧検出信号の周波数が商用電力系統３の基本周波数より低い場合、電圧検出信号の周波数から微少周波数αを減算した周波数を決定する。そして、インバータ部２ａは、能動変動作成部２０で決定した周波数の電流を出力する。ここで、商用電力系統３に異常がない場合は、インバータ部２ａの出力電流の周波数を微少周波数±α変動させても、商用電力系統３の周波数は基本周波数であり、その電力容量は大きいため、単独運転検出装置２ｄが取り込んだ電圧検出信号の周波数も基本周波数となる。しかし、商用電力系統３からの電力供給が停止して、インバータ部２ａが単独運転状態となった場合には、単独運転検出装置２ｄが取り込んだ電圧検出信号の周波数は、インバータ部２ａの出力電流の周波数に影響されるため、電圧検出信号の周波数は徐々に基本周波数から離れる方向に変動する。そして単独運転判断部２１は、単独運転検出装置２ｄが取り込んだ電圧検出信号の周波数の基本周波数に対する変動量が所定量以上であれば、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転状態になっていると判断し、系統連系保護装置２ｅは、解列用リレー２ｂを開動作させてインバータ部２ａと商用電力系統３とを切り離すとともに、インバータ部２ａの出力を停止させる。

次に、有効電力変動方式は、能動変動作成部２０がインバータ部２ａの出力電流の大きさを数周期ごとに微少量だけ変動させ、単独運転判断部２１は、単独運転検出装置２ｄが取り込んだ電圧検出信号の波形がインバータ部２ａの出力電流波形に影響されれば、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転状態になっていると判断する。

次に、無効電力変動方式は、能動変動作成部２０がインバータ部２ａの出力電流の位相を数周期ごとに微少量だけ変動させ、単独運転判断部２１は、単独運転検出装置２ｄが取り込んだ電圧検出信号の波形がインバータ部２ａの出力電流波形に影響されれば、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転状態になっていると判断する。

そして、電気用品認証における能動方式の試験では、パワーコンディショナ２を定格運転させ、いかなる負荷条件においても０．５〜１．０秒の規定時間の範囲内で単独運転を検出する必要がある。（例えば、特許文献１参照）
特開２０００−１４０１８号公報（段落番号［０００２］〜［０００７］、段落番号［００１９］〜［００３２］、図１、図２）

上記従来の系統連系インバータ装置では、インバータ部２ａの出力電流はインバータ部２ａの出力に比例しており、インバータ部２ａは出力が小さいほど、出力電流も小さくなる。そして、能動変動作成部２０で設定されてインバータ部２ａの出力に与える微少な変動量（以下、能動変動量と称す）は図１７に示すように、インバータ部２ａの出力電流に関係なく一定であった。そのために、インバータ部２ａの出力が小さく、且つ負荷４にグラインダ等の回転機負荷が接続された状態で、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転状態になった場合、能動変動作成部２０で設定された能動変動量では、電圧検出部２ｃが検出する連系点の電圧に変化が生じ難くなり、１．０秒以内に単独運転を検出できなくなるという問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力が小さく且つ回転機負荷が接続された状態で、単独運転状態が発生した場合に、短時間で確実に単独運転を検出できる系統連系インバータ装置を提供することにある。

請求項１の発明は、直流電源と、直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、インバータ部と連系して負荷へ電力を供給する商用電力系統と、インバータ部の出力を変動させる能動変動作成手段と、インバータ部と商用電力系統との連系点における電気的状態を検出して検出信号を出力する検出手段と、前記検出信号の変動量に基づいて、商用電力系統が停止してインバータ部が単独運転状態になっているか否かを判断する能動方式を用いた単独運転判断手段と、インバータ部が単独運転状態になっていると単独運転判断手段が判断した場合に、インバータ部と商用電力系統とを切り離す系統連系保護手段とを備え、能動変動作成手段は、インバータ部の出力電流が小さいほど、インバータ部の出力に与える変動量を大きくして、インバータ部の出力を変動させ、前記連系点における電気的状態を変動させることを特徴とする。

この発明によれば、インバータ部の出力電流に応じて検出信号の変動量を設定でき、インバータ部の出力が小さく且つ回転機負荷が接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、検出信号の変動量を十分大きくでき、単独運転判断手段は短時間（例えば１．０秒以内）で確実に単独運転を検出できる。また、インバータ部の出力電流が大きくて単独運転時に回転機負荷による影響が小さい場合には、連系運転時のインバータ部の出力電流波形を、商用電力系統に同期した正弦波に近づけて高調波成分を減少させることができ、装置全体の効率、力率が向上する。

請求項２の発明は、請求項１において、前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力電流の大きさが一定以上となった場合に、インバータ部の出力に与える変動量を最小となる一定値に固定することを特徴とする。

この発明によれば、インバータ部の出力電流が一定値以上で、単独運転時に回転機負荷による影響を受けない領域では、連系運転時のインバータ部の出力電流波形を、商用電力系統に同期した正弦波に最も近づけて高調波成分を減少させることができ、装置全体の効率、力率が向上する。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力電流の大きさに対応してインバータ部の出力に与える変動量に所定の幅を持たせ、該所定幅の変動量からランダムに選択してインバータ部の出力に与える変動量を決定することを特徴とする。

この発明によれば、複数のインバータ部が同一配線上に接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、他のインバータ部の出力に与えられる能動変動の干渉によって単独運転が検出できなくなってしまう事態を回避することができる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力に与える第１の変動量、及び第１の変動量より大きい第２の変動量をインバータ部の出力電流の大きさに応じて各々決定し、所定範囲内の数値からランダムに選択した数値に応じた時間間隔で、インバータ部の出力に与える変動量を、第１の変動量から第２の変動量に切り換えることを特徴とする。

この発明によれば、複数のインバータ部が同一配線上に接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、他のインバータ部の出力に与えられる能動変動の干渉によって単独運転が検出できなくなってしまう事態を回避することができるとともに、連系運転時のインバータ部の出力電流波形を、商用電力系統に同期した正弦波に近づけて高調波成分を減少させることができ、装置全体の効率、力率が向上する。

請求項５の発明は、請求項１または２において、前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力に与える第１の変動量、及び第１の変動量より大きく且つ前記インバータ部の出力電流の大きさに対応して所定の幅を持つ第２の変動量をインバータ部の出力電流の大きさに応じて各々決定し、所定範囲内の数値からランダムに選択した数値に応じた時間間隔で、インバータ部の出力に与える変動量を、第１の変動量から第２の変動量に切り換え、第２の変動量は、前記所定幅の変動量からランダムに選択して決定されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、能動変動作成手段は、インバータ部の出力電流に応じて検出信号の変動量を設定でき、インバータ部の出力が小さく且つ回転機負荷が接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、検出信号の変動量を十分大きくでき、単独運転判断手段は短時間で確実に単独運転を検出できるという効果がある。また、インバータ部の出力電流が大きくて単独運転時に回転機負荷による影響が小さい場合には、連系運転時のインバータ部の出力電流波形を、商用電力系統に同期した正弦波に近づけて高調波成分を減少させることができ、装置全体の効率、力率が向上する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の系統連系インバータ装置の構成は図１に示すように、図１６に示す従来の系統連系インバータ装置にインバータ部２ａの出力電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出部２ｆを備え、能動変動作成部２０は、電圧検出部２ｃが出力する連系点の電圧検出信号だけでなく、電流検出部２ｆが出力する電流検出信号も取り込む。なお、電流検出部２ｆは、従来、電流フィードバック用に備えているものを兼用させれば、新たに設ける必要はない。また電流検出信号は、直流電源１の発電電力からインバータ部２ａの出力電流値を算出して生成してもよい。そして図２に示すように、インバータ部２ａの出力電流が小さい場合には、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転している時に電圧検出部２ｃが検出する連系点の電圧に生じる変動が大きく現れるように、能動変動作成部２０は、インバータ部２ａの出力に与える変動量（以下、能動変動量と称す）を、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって線形に大きくなるように決定する。したがって、インバータ部２ａの出力電流が小さく且つ負荷４に回転機負荷が接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、電圧検出信号の変動量が十分大きくなり、単独運転判断部２１は短時間で確実に単独運転を検出でき、系統連系保護装置２ｅは、解列用リレー２ｂを開動作させてインバータ部２ａと商用電力系統３とを切り離すとともに、インバータ部２ａの出力を停止させることができる。

ここでいう能動変動量とは、能動方式に周波数シフト方式を用いる場合は、電圧検出部２ｃが出力する連系点の電圧検出信号の周波数に基づいて能動変動作成部２０がインバータ部２ａの出力電流の周波数を決定するときに電圧検出信号の周波数に加える微少周波数±αの絶対値のことである。図３は、電圧検出信号周波数とインバータ部２の出力電流周波数との関係をインバータ部２ａの出力に対応させて特性Ｓ１〜Ｓ５に示す。特性Ｓ１は出力３．０ｋＷ時（定格運転時）、特性Ｓ２は出力２．５ｋＷ時、特性Ｓ３は出力２．０ｋＷ時、特性Ｓ４は出力１．５ｋＷ時、特性Ｓ５は出力１．０ｋＷ時の各関係を示す。ここで、インバータ部２ａは出力が小さいほど出力電流も小さくなっており、定格運転時には、インバータ部２ａの出力に与える能動変動量すなわち微少周波数α＝０．１Ｈｚ（特性Ｓ１参照）とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、微少周波数α＝０．２Ｈｚ（特性Ｓ２参照）、微少周波数α＝０．３Ｈｚ（特性Ｓ３参照）、微少周波数α＝０．４Ｈｚ（特性Ｓ４参照）、微少周波数α＝０．５Ｈｚ（特性Ｓ５参照）、．．．となるように設定している。なお、図３では微少周波数＋αについて示しているが、微少周波数−αについても同様である。

能動方式に有効電力変動方式を用いる場合、能動変動量とは、能動変動作成部２０がインバータ部２ａの出力電流の大きさを決定するときにインバータ部２ａの出力電流に加える微少電流値や、その変動周期のことであり、インバータ部２ａが定格運転（インバータ部２ａの出力電流＝１５Ａ）しているときは、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流を１％増（１５．１５Ａ）とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、インバータ部２ａの出力電流を電圧検出信号の３０周期毎に２％増、３％増、．．．となるように設定している。また、変動周期の場合は、インバータ部２ａが定格運転しているときは、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流を１％増とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、電圧検出信号の２５周期毎に１％増、２０周期毎に１％増、．．．となるように設定している。あるいは、インバータ部２ａが定格運転しているときは、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流の１％増を１周期とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流の１％増を２周期、出力電流の１％増を３周期、．．．となるように設定してもよい。

能動方式に無効電力変動方式を用いる場合、能動変動量とは、能動変動作成部２０がインバータ部２ａの出力電流の位相差を決定するときにインバータ部２ａの出力電流の位相差（通常は位相差０度）に加える微少位相量や、その変動周期のことであり、インバータ部２ａが定格運転しているときは、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流の位相差を１度増とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、インバータ部２ａの出力電流の位相を電圧検出信号の３０周期毎に２度増、３度増、．．．となるように設定している。また、変動周期の場合は、インバータ部２ａが定格運転しているときは、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流の位相差を１度増とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、電圧検出信号の２５周期毎に１度増、２０周期毎に１度増、．．．となるように設定している。あるいは、インバータ部２ａが定格運転しているときは、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流の位相差の１度増を１周期とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、電圧検出信号の３０周期毎に出力電流の位相差の１度増を２周期、出力電流の位相差の１度増を３周期、．．．となるように設定してもよい。

（実施形態２）
本実施形態の系統連系インバータ装置の構成は実施形態１と同様に図１に示される。そして図４に示すように、インバータ部２ａの出力電流が小さい場合には、商用電力系統３が停止してインバータ部２ａが単独運転している時に電圧検出部２ｃが検出する連系点の電圧に生じる変動が大きく現れるように、能動変動作成部２０は、インバータ部２ａの出力に与える能動変動量を、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって大幅に大きくなるように、インバータ部２ａの出力電流の大きさを変数とする反比例関数を用いて決定する。したがって、インバータ部２ａの出力電流が小さく且つ負荷４に回転機負荷が接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、電圧検出信号の変動量が十分大きくなり、単独運転判断部２１は短時間で確実に単独運転を検出でき、系統連系保護装置２ｅは、解列用リレー２ｂを開動作させてインバータ部２ａと商用電力系統３とを切り離すとともに、インバータ部２ａの出力を停止させることができる。また、インバータ部２ａの出力電流が大きくて、単独運転時に回転機負荷による影響が小さい場合は、連系運転時のインバータ部２ａの出力電流波形を、商用電力系統３に同期した正弦波に可能な限り近づけて高調波成分を減少させることができ、装置全体の効率、力率が向上する。

図５は、能動方式に周波数シフト方式を用いる場合について、電圧検出信号周波数とインバータ部２の出力電流周波数との関係を示しており、特性Ｓ１１は出力３．０ｋＷ時（定格運転時）、特性Ｓ１２は出力２．５ｋＷ時、特性Ｓ１３は出力２．０ｋＷ時、特性Ｓ１４は出力１．５ｋＷ時、特性Ｓ１５は出力１．０ｋＷ時の各関係を示す。ここで、インバータ部２ａは出力が小さいほど出力電流も小さくなっており、定格運転時には、インバータ部２ａの出力に与える能動変動量すなわち微少周波数α＝０．１Ｈｚ（特性Ｓ１１参照）とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、出力２．０ｋＷ時には微少周波数α＝０．２Ｈｚ（特性Ｓ１３参照）、出力１．５ｋＷ時には微少周波数α＝０．３Ｈｚ（特性Ｓ１４参照）、出力１．２ｋＷ時には微少周波数α＝０．４Ｈｚ、．．．となるように設定している。なお、図５では微少周波数＋αについて示しているが、微少周波数−αについても同様である。

（実施形態３）
図１に示される系統連系インバータ装置では、インバータ部２ａの出力電流が一定値以上であれば、負荷４にどのような回転機負荷が接続されようとも、単独運転検出装置２ｄが有する能動方式によって単独運転状態を１秒以内に確実に検出できる領域がある。そこで本実施形態では、実施形態１の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図２参照）を、図６に示すようにインバータ部２ａの出力電流が一定値以上で、負荷４の回転機負荷による影響がない領域Ａ１では、能動変動量を最小となる一定値に固定し、実施形態２の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図４参照）を、図７に示すようにインバータ部２ａの出力電流が一定値以上で、負荷４の回転機負荷による影響がない領域Ａ２では、能動変動作成部２０で決定される能動変動量を最小となる一定値に固定する。したがって、インバータ部２ａの出力電流が一定値以上で、単独運転時に回転機負荷による影響を受けない領域では、連系運転時のインバータ部２ａの出力電流波形を、商用電力系統３に同期した正弦波に最も近づけて高調波成分を減少させることができ、装置全体の効率、力率が向上する。

図８は、能動方式に周波数シフト方式を用いる場合について、電圧検出信号周波数とインバータ部２の出力電流周波数との関係を示しており、特性Ｓ２１は出力２．０〜３．０ｋＷ時、特性Ｓ２２は出力１．５ｋＷ時、特性Ｓ２３は出力１．０ｋＷ時の各関係を示す。ここで、インバータ部２ａは出力が小さいほど出力電流も小さくなっており、出力２．０ｋＷ以上時には、インバータ部２ａの出力に与える能動変動量すなわち微少周波数α＝０．１Ｈｚ（特性Ｓ２１参照）とし、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、出力１．５ｋＷ時には微少周波数α＝０．２Ｈｚ（特性Ｓ２２参照）、出力１．０ｋＷ時には微少周波数α＝０．３Ｈｚ（特性Ｓ２３参照）、．．．となるように設定している。なお、図８では微少周波数＋αについて示しているが、微少周波数−αについても同様である。

（実施形態４）
本実施形態の系統連系インバータ装置の構成は実施形態１と同様に図１に示される。そして本実施形態では、実施形態１の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図２参照）に、図９に示すようにインバータ部２ａの出力電流の大きさに対応して一定の幅Ｗ１を持たせて、幅Ｗ１の変動量からランダムに選択して能動変動量を決定し、また、実施形態３の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図７参照）に、図１０に示すようにインバータ部２ａの出力電流の大きさに対応して幅Ｗ２を持たせて、幅Ｗ２の変動量からランダムに選択して能動変動量を決定する。ここで、インバータ部２ａの出力電流が大きいほど幅Ｗ２は大きく設定され、インバータ部２ａの出力電流が一定値以上で、負荷４の回転機負荷による影響がない領域Ａ１では、幅Ｗ２は一定となる。したがって本実施形態では、複数のパワーコンディショナ２が同一配線上に接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、他のパワーコンディショナ２の出力に与えられる能動変動の干渉によって単独運転が検出できなくなってしまう事態を回避することができる。

図１１は、能動方式に周波数シフト方式を用いる場合について、電圧検出信号周波数とインバータ部２の出力電流周波数との関係を示しており、特性Ｓ３１は出力３．０ｋＷ時、特性Ｓ３２は出力１．０ｋＷ時の各関係を示す。ここで、インバータ部２ａは出力が小さいほど出力電流も小さくなっており、出力３．０ｋＷ時には、インバータ部２ａの出力に与える能動変動量すなわち微少周波数α＝０．１〜０．２Ｈｚの範囲内からランダムに選択し（特性Ｓ３１参照）、インバータ部２ａの出力電流が小さくなるにしたがって、出力２．０ｋＷ時には、微少周波数α＝０．２〜０．３Ｈｚの範囲内からランダムに選択し、出力１．０ｋＷ時には、微少周波数α＝０．３〜０．４Ｈｚの範囲内からランダムに選択している（特性Ｓ３２参照）。なお、図１１では微少周波数＋αについて示しているが、微少周波数−αについても同様である。

また、実施形態２の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図４参照）に、インバータ部２ａの出力電流の大きさに対応してインバータ部２ａの出力電流が大きいほど広くなる幅を持たせて、その幅内の変動量からランダムに選択して能動変動量を決定してもよく、あるいは、実施形態３の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図６参照）に、インバータ部２ａの出力電流の大きさに対応して一定の幅を持たせて、その幅内の変動量からランダムに選択して能動変動量を決定してもよく、いずれの場合も上記同様の効果を奏する。

（実施形態５）
本実施形態の系統連系インバータ装置の構成は実施形態１と同様に図１に示される。そして本実施形態では、実施形態１の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図２参照）を、図１２に示すように、インバータ部２ａの出力電流に対する特性Ｙ１と、能動変動量が特性Ｙ１より大きい特性Ｙ２との２つの特性に設定しておき、常時は能動変動量が小さい特性Ｙ１からインバータ部２ａの出力電流に対応して能動変動量を決定する。そして、能動変動作成部２０は所定範囲内の数値からランダムに数値を選択し、その選択した数値に応じた時間間隔で、インバータ部２ａの出力に与える変動量を、能動変動量が大きい特性Ｙ２からインバータ部２ａの出力電流に対応して決定する。すなわち、ランダムに選択した時間間隔で、特性Ｙ１から特性Ｙ２に切り換えるのである。したがって、複数のパワーコンディショナ２が同一配線上に接続された状態で単独運転状態が発生した場合でも、他のパワーコンディショナ２の出力に与えられる能動変動の干渉によって単独運転が検出できなくなってしまう事態を回避することができるとともに、常時は能動変動量が小さい特性Ｙ１を用いることで、連系運転時のインバータ部２ａの出力電流波形を、商用電力系統３に同期した正弦波に近づけて高調波成分を減少させることができ、装置全体の効率、力率が向上する。

図１３は、能動方式に周波数シフト方式を用いる場合について、電圧検出信号周波数とインバータ部２の出力電流周波数との関係を示しており、特性Ｓ４１ａは出力３．０ｋＷ時の上記特性Ｙ１に対応し、特性Ｓ４１ｂは出力３．０ｋＷ時の上記特性Ｙ２に対応し、特性Ｓ４２ａは出力１．０ｋＷ時の上記特性Ｙ１に対応し、特性Ｓ４２ｂは出力１．０ｋＷ時の上記特性Ｙ２に対応する。ここで、インバータ部２ａは出力が小さいほど出力電流も小さくなっており、通常、出力３．０ｋＷ時には、インバータ部２ａの出力に与える能動変動量すなわち微少周波数α＝０．１Ｈｚとし（特性Ｓ４１ａ参照）、出力１．０ｋＷ時には、微少周波数α＝０．３Ｈｚに設定する（特性Ｓ４２ａ参照）。そして、３〜６の範囲からランダムに数値を選択し、選択した数値分の電圧検出信号の周期毎に、出力３．０ｋＷ時には微少周波数α＝０．２Ｈｚに切り換え（特性Ｓ４１ｂ参照）、出力１．０ｋＷ時には微少周波数α＝０．４Ｈｚに切り換える（特性Ｓ４２ｂ参照）。なお、図１３では微少周波数＋αについて示しているが、微少周波数−αについても同様である。

また、実施形態２の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図４参照）、及び実施形態３の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図６参照）についても、上記同様に、特性Ｙ１と、能動変動量が特性Ｙ１より大きい特性Ｙ２との２つの特性を設定すれば、上記同様の効果を奏する。

（実施形態６）
本実施形態の系統連系インバータ装置の構成は実施形態１と同様に図１に示される。そして本実施形態では、実施形態５の能動変動作成部２０で決定される能動変動量（図１２参照）を、図１４に示すように、特性Ｙ２の能動変動量にのみ一定の幅Ｗ３を持たせて、特性Ｙ２においては幅Ｗ３の変動量からランダムに選択して能動変動量を決定している。

図１５は、能動方式に周波数シフト方式を用いる場合について、電圧検出信号周波数とインバータ部２の出力電流周波数との関係を示しており、特性Ｓ５１ａは出力３．０ｋＷ時の上記特性Ｙ１に対応し、特性Ｓ５１ｂは出力３．０ｋＷ時の上記特性Ｙ２に対応し、特性Ｓ５２ａは出力１．０ｋＷ時の上記特性Ｙ１に対応し、特性Ｓ５２ｂは出力１．０ｋＷ時の上記特性Ｙ２に対応する。ここで、インバータ部２ａは出力が小さいほど出力電流も小さくなっており、通常、出力３．０ｋＷ時には、インバータ部２ａの出力に与える能動変動量すなわち微少周波数α＝０．１Ｈｚとし（特性Ｓ５１ａ参照）、出力１．０ｋＷ時には、微少周波数α＝０．３Ｈｚに設定する（特性Ｓ５２ａ参照）。そして、３〜６の範囲からランダムに数値を選択し、選択した数値分の電圧検出信号の周期毎に、出力３．０ｋＷ時には微少周波数α＝０．２０〜０．２５Ｈｚの範囲内からランダムに選択し（特性Ｓ５１ｂ参照）、出力１．０ｋＷ時には微少周波数α＝０．４０〜０．４５Ｈｚの範囲内からランダムに選択している（特性Ｓ５２ｂ参照）。なお、図１５では微少周波数＋αについて示しているが、微少周波数−αについても同様である。

また、上記実施形態２〜６において、能動方式に有効電力変動方式、または無効電力変動方式を用いた場合も、周波数シフト方式を用いた場合と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態１〜６の系統連系インバータ装置の構成を示す図である。本発明の実施形態１の系統連系インバータ装置の能動変動量特性を示す図である。同上のインバータ部の出力電流の周波数特性を示す図である。本発明の実施形態２の系統連系インバータ装置の能動変動量特性を示す図である。同上のインバータ部の出力電流の周波数特性を示す図である。本発明の実施形態３の系統連系インバータ装置の第１の能動変動量特性を示す図である。同上の第２の能動変動量特性を示す図である。同上のインバータ部の出力電流の周波数特性を示す図である。本発明の実施形態４の系統連系インバータ装置の第１の能動変動量特性を示す図である。同上の第２の能動変動量特性を示す図である。同上のインバータ部の出力電流の周波数特性を示す図である。本発明の実施形態５の系統連系インバータ装置の能動変動量特性を示す図である。同上のインバータ部の出力電流の周波数特性を示す図である。本発明の実施形態６の系統連系インバータ装置の能動変動量特性を示す図である。同上のインバータ部の出力電流の周波数特性を示す図である。従来の系統連系インバータ装置の構成を示す図である。従来の能動変動量特性を示す図である。

符号の説明

１直流電源
２パワーコンディショナ
３商用電力系統
４負荷
２ａインバータ部
２ｂ解列用リレー
２ｃ電圧検出部
２ｄ単独運転検出装置
２ｅ系統連系保護装置
２ｆ電流検出部
２０能動変動作成部
２１単独運転判断部

Claims

直流電源と、直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、インバータ部と連系して負荷へ電力を供給する商用電力系統と、インバータ部の出力を変動させる能動変動作成手段と、インバータ部と商用電力系統との連系点における電気的状態を検出して検出信号を出力する検出手段と、前記検出信号の変動量に基づいて、商用電力系統が停止してインバータ部が単独運転状態になっているか否かを判断する能動方式を用いた単独運転判断手段と、インバータ部が単独運転状態になっていると単独運転判断手段が判断した場合に、インバータ部と商用電力系統とを切り離す系統連系保護手段とを備え、能動変動作成手段は、インバータ部の出力電流が小さいほど、インバータ部の出力に与える変動量を大きくして、インバータ部の出力を変動させ、前記連系点における電気的状態を変動させることを特徴とする系統連系インバータ装置。
前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力電流の大きさが一定以上となった場合に、インバータ部の出力に与える変動量を最小となる一定値に固定することを特徴とする請求項１記載の系統連系インバータ装置。
前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力電流の大きさに対応してインバータ部の出力に与える変動量に所定の幅を持たせ、該所定幅の変動量からランダムに選択してインバータ部の出力に与える変動量を決定することを特徴とする請求項１または２記載の系統連系インバータ装置。
前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力に与える第１の変動量、及び第１の変動量より大きい第２の変動量をインバータ部の出力電流の大きさに応じて各々決定し、所定範囲内の数値からランダムに選択した数値に応じた時間間隔で、インバータ部の出力に与える変動量を、第１の変動量から第２の変動量に切り換えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の系統連系インバータ装置。
前記能動変動作成手段は、前記インバータ部の出力に与える第１の変動量、及び第１の変動量より大きく且つ前記インバータ部の出力電流の大きさに対応して所定の幅を持つ第２の変動量をインバータ部の出力電流の大きさに応じて各々決定し、所定範囲内の数値からランダムに選択した数値に応じた時間間隔で、インバータ部の出力に与える変動量を、第１の変動量から第２の変動量に切り換え、第２の変動量は、前記所定幅の変動量からランダムに選択して決定されることを特徴とする請求項１または２記載の系統連系インバータ装置。