JP4315529B2 - 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】
本発明は、太陽電池等の発電手段によって発電した電力をインバータによって系統電源に応じた電力に変換して出力する系統連系システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
系統連系システムでは、太陽光発電装置等の発電装置によって発電した直流電力をインバータによって系統電源に応じた交流電力に変換し、系統電源ヘ回生させる。このとき、系統連系システムに用いられるインバータでは、系統電源の停電による単独運転の防止と共に、系統電源の過電圧、不足電圧、周波数上昇、周波数低下に対する系統連系保護を行うようになっている。
【０００３】
一方、インバータでは、定格電力の出力時に最も効率のよい運転が可能となっているが、太陽電池を用いた発電装置では、日射量等によって発電電力が変化するため、インバータでは、入力電力が定格電力に満たない時には、発電電力の変化に応じて出力効率が最も高くなるように最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行うようになっている。
【０００４】
また、出力電力の大きいインバータでは、定格電力に対して入力電力が低すぎると、出力効率が極端に低下してしまう。このため、系統連系システムでは、複数台のインバータを並列接続して、入力電力に応じてインバータの運転台数を設定することにより、発電電力が低いときでも効率よく運転できるようにする提案がなされている。
【０００５】
さらに、複数台のインバータを系統電源の一つのバンク（同一構内）に設けた場合、系統連系システムから出力された電力は、そのバンク内で消費されるか、系統側に逆潮流して、系統電源の電圧上昇を引き起こしてしまう。このために、系統連系システムでは、インバータの出力を抑制して系統電源の電圧上昇を防止している。
【０００６】
ところで、バンク内で多数の負荷が系統電源に接続されていると、それぞれの負荷の力率が高くても、バンク全体としては、力率が低くなることがある。また、系統電源に高調波が含まれるときには、この高調波の抑制も必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を鑑みてなされたものであり、バンク内に複数台のインバータを設置したときに、バンク内の力率改善及び高調波抑制を可能とする系統連系システムを提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、複数台のインバータを並列接続し、直流電源から出力される直流電力に応じて設定された台数のインバータによって、前記直流電源から出力する電力を系統電源に回生して系統電源に接続されている系統負荷へ供給する系統連系システムであって、系統電圧を検出する電圧検出手段と、前記系統負荷へ供給される負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記電圧検出手段及び負荷電流検出手段の検出結果から力率を判定する力率判定手段と、前記力率判定手段によって判定された力率が所定範囲を外れ、かつ前記複数台のインバータのうちの少なくとも１台の運転が停止しているときに、該運転の停止しているインバータを前記負荷電流に基づいて運転する運転運転制御手段と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、複数台のインバータを用いて直流電力を系統電源に回生させるときに、直流電源から出力される直流電力に応じた台数のインバータを運転し、余分なインバータを停止させておく。
【００１０】
一方、力率判定手段は、負荷電流と系統電圧に基づいて系統負荷の力率を判定し、力率が低くなると運転制御手段が、運転を停止しているインバータを運転する。このとき、停止していたインバータを負荷電流に基づいて一定電圧制御によって運転し、負荷電流に含まれる無効電力や高調波成分に応じた無効電力を発生させて系統負荷へ供給する。
【００１１】
これにより、負荷電流に含まれる無効電力及び高調波の抑制が可能となり、系統電源から見た系統負荷の力率改善と共に、系統電源への高調波の回り込みを防止することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記負荷電流の逆相成分を生成する反転手段を含み、前記運転制御手段が前記反転手段によって位相が反転された負荷電流に基づいて前記運転の停止しているインバータを運転することを特徴とする。
【００１３】
これにより、本発明では、運転制御手段によって運転されるインバータが、系統負荷で発生する、無効電力を系統負荷へ供給し、系統電源から見た系統負荷の力率を高くする。すなわち、系統電源から系統負荷に供給される無効電力を低く抑えることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記負荷電流の基本波を除去する除去手段を含み、前記反転手段が前記除去手段によって基本波が除去された負荷電流の逆相成分を生成することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、除去手段は、負荷電流から基本波を除去することにより、高調波成分を抽出する。この除去手段の出力に基づいてインバータを運転することにより、系統負荷で発生する高調波を相殺して、系統負荷で発生した高調波が系統電源に回り込むのを防止することができる。
【００１６】
このような本発明では、複数台のインバータの中から１台の親機を設定し、この親機が子機の運転／停止と共に、停止している子機から負荷電流に基づいて運転する子機を設定する構成を用いることができる。
【００１７】
また、本発明では、前記インバータのそれぞれに設けられているコントローラと、該コントローラを接続する通信手段によって形成することができる。
【００１８】
これにより、特別に専用の運転制御手段を設ける必要がなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１には、本実施の形態に適用した電源システム１０の概略構成を示している。
【００２０】
この電源システム１０では、太陽電池モジュールを直流電源１２として用いており、この直流電源１２に複数のインバータ１４が並列接続されている。なお、本実施の形態では、一例として電源システム１０をインバータ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ（総称するときは「インバータ１４」と言う）の３台によって構成している。
【００２１】
それぞれのインバータ１４の入力側は、ラッチ式のマグネットスイッチ１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ）を介して直流電源１２に接続されており、出力側は、系統電源１６に接続されている。これにより、電源システム１０は、直流電源１２から出力された直流電力をインバータ１４によって交流電力に変換して、系統電源１６へ出力する系統連系発電システムを形成している。なお、本実施の形態では、一例として最大出力電力が１０ｋＷの直流電源１２に対して３．５ｋＷ出力の３台のインバータ１４を用いた例を示している。
【００２２】
図２に示されるように、それぞれのインバータ１４は、インバータ回路２０及びインバータ回路２０を制御するマイコン２２を備えており、マグネットスイッチ１８を介してインバータ１４に入力され直流電力は、ノイズフィルタ２６を介してインバータ回路２０へ供給される。
【００２３】
インバータ回路２０には、図示しないスイッチング素子がブリッジ状に接続されており、インバータ回路２０は、直流電力をＰＷＭ理論に基づいてこのスイッチング素子をスイッチングして系統電源１６とほぼ同じ周波数の擬似正弦波を出力する。このとき、インバータ回路２０に入力される直流電力は、インバータ回路２０で系統電源１６とほぼ同じ周波数の交流電力に変換されて出力される。
【００２４】
インバータ回路２０から出力される交流電力は、フィルタ回路２８、ノイズフィルタ２９及び解列コンタクタ３０を介してトランスレス方式で系統電源１６のラインへ供給される。
【００２５】
マイコン２２には、インバータ回路２０に入力される直流電圧を検出するアイソレーションアンプからなる入力電圧検出部３２、直流電流を検出する変流器（ＣＴ）からなる入力電流検出部３４、インバータ回路２０から出力される交流電流を検出する変流器（ＣＴ）からなる出力電流検出部３８、変圧器（ＰＴ）によって系統電源１６の系統電圧と電圧波形を検出する電圧波形検出部４０が接続されている。
【００２６】
通常、マイコン２２は、入力電圧検出部３２及び入力電流検出部３４によって検出する直流電力と、電圧波形検出部４０によって検出した電圧に基づいて、インバータ回路２０の図示しないスイッチング素子を駆動するスイッチング信号のデューティ比を制御する。
【００２７】
これにより、インバータ１４は、位相及び周波数が系統電源１６と一致した交流電力を出力する。なお、インバータ回路２０から出力される交流電力はノコギリ波状となっており、フィルタ回路２８が、このインバータ回路２０の出力電力から高調波成分を除去することにより、インバータ１４所定の電圧波形の交流電力が出力される。
【００２８】
一方、解列コンタクタ３０は、マイコン２２に接続されており、マイコン２２は、この解列コンタクタ３０によってインバータ１４と系統電源１６の接続及び切り離しを行なう。これにより、例えば、マイコン２２は、太陽電池モジュール（直流電源１２）による発電電力が少ないか発電していないために、直流電源１２からの出力電力が少ないために、インバータ１４の作動が停止しているときには、インバータ１４と系統電源１６とを切り離し、また、インバータ１４が作動を開始する直前に、インバータ１４と系統電源１６を接続する。
【００２９】
また、マイコン２２は、電圧波形検出部４０の検出する電圧波形から系統電源１６が停電状態と判断されるときには、解列コンタクタ３０によって速やかにインバータ１４を系統電源１６から切り離して、インバータ１４の単独運転等を防止するようにしている。さらに、マイコン２２は、過電圧（ＯＶＲ）、不足電圧（ＵＶＲ）、周波数上昇（ＯＦＲ）、周波数低下（ＵＦＲ）及び単独運転に対するインバータ１４の保護を行う。なお、インバータ１４は、従来公知の構成及び制御方法を適用でき、本実施の形態では詳細な説明を省略する。
【００３０】
一方、図１に示されるように、電源システム１０では、インバータ１４の夫々にリモートコントローラ５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）が接続されている。
【００３１】
図３に示されるように、リモートコントローラ５０は、マイクロコンピュータを備えたコントロール部５２及びＬＣＤ等を用いた表示部５４と共に電源回路５６が設けられており、表示部５４及び電源回路５６がコントロール部５２に接続されている。また、リモートコントローラ５０には、設定スイッチ部５８及び通信コネクタ６０が設けられており、これらがコントロール部５２に接続されている。
【００３２】
電源回路５６は、図示しないバックアップ用のバッテリーが設けられていると共に、系統電源１６に接続されており、系統電源１６から供給される電力によってリモートコントローラ５０が動作するようになっている。すなわち、リモートコントローラ５０は、直流電源１２から直流電力が入力されずに、インバータ１４が停止状態であっても、動作可能となっている。
【００３３】
このリモートコントローラ５０の通信コネクタ６０には、インバータ１４のマイコン２２が接続される。これにより、リモートコントローラ５０では、インバータ１４が出力する出力電力量の積算等の、インバータ１４の運転管理が可能となっている。また、インバータ１４が単独運転停止のために動作を停止すると、この情報がマイコン２２からリモートコントローラ５０に入力されるようになっている。
【００３４】
また、図１に示されるように、リモートコントローラ５０の夫々は、マグネットスイッチ１８をオン／オフ駆動する駆動回路６２に接続されている。
【００３５】
インバータ１４は、マグネットスイッチ１８がオフされて直流電力が入力されなくなると運転を停止し、マグネットスイッチ１８がオンされて直流電力が供給されることにより運転を開始する。
【００３６】
夫々のリモートコントローラ５０は、インバータ１４のマイコン２２に運転停止を指示する制御信号を出力するときにマグネットスイッチ１８をオフし、運転開始を指示する信号を出力するときにマグネットスイッチ１８をオンする。なお、リモートコントローラ５０からマイコン２２に入力される運転／停止の指示に基づいて、マイコン２２がマグネットスイッチ１８をオン／オフするものであってもよい。
【００３７】
夫々のリモートコントローラ５０の通信コネクタ６０には、他のリモートコントローラ５０が通信ケーブル６４を介して接続される。このとき、リモートコントローラ５０は、例えばループを形成するように専用の通信ケーブル６４によって接続される。
【００３８】
これにより、リモートコントローラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間で、夫々が接続されているインバータ１４Ａ，１４Ｂ、１４Ｃの運転情報の交換が可能となっている。
【００３９】
このように構成されている電源システム１０では、何れか１台のリモートコントローラ５０が親機となって、親機が接続されているインバータ１４と共に、子機となる他のリモートコントローラ５０が接続されているインバータ１４の運転／停止を制御するようになっている。なお、親機、子機の設定は、リモートコントローラ５０の設定スイッチ部５８に設けられている図示しないディップスイッチによって設定が可能となっているが、本実施の形態では、このディップスイッチによってリモートコントローラ５０を特定するアドレスを設定するようにしている。
【００４０】
設定スイッチ部５８のディップスイッチを用いずに最初の親機となるリモートコントローラ５０の設定する場合は、マグネットスイッチ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを閉じて、直流電源１２から供給される電力によって何れのインバータ１４も動作可能な状態で設置する。この後、直流電源１２である太陽電池モジュールが発電を開始したときに、最初に動作を開始したインバータ１４のリモートコントローラ５０を親機として設定する。
【００４１】
このようにして親機として設定されたリモートコントローラ５０は、先ず、他のインバータ１４が動作を開始しないように、残りのリモートコントローラ５０を子機として設定する。この後に、親機として設定されたリモートコントローラ５０は、接続されているインバータ１４を常に運転状態とすると共に、直流電源１２の出力電力の増加、減少に合わせて、子機としているリモートコントローラ５０が接続されているインバータ１４を運転／停止させる。
【００４２】
一方、電源システム１０では、例えば１日の稼動停止時に、インバータ１４Ａ〜１４Ｃの出力電力の積算値（出力電力量）や、運転時間の積算値等の運転情報に基づいて、次に親機とするリモートコントローラ５０を設定する。これにより、インバータ１４Ａ〜１４Ｃの間で、出力電力量ないし運転時間の積算値が平均化するようにしている。
【００４３】
すなわち、次に親機となるリモートコントローラ５０は、出力電力量ないし運転時間が最も少なくなっているインバータ１４に接続されているものを用いる。
【００４４】
このために、子機となっているリモートコントローラ５０は、接続されているインバータ１４が停止すると、このインバータ１４の出力電力の積算値（出力電力量）を、親機となっているリモートコントローラ５０へ出力する。
【００４５】
親機となっているリモートコントローラ５０は、直流電源１２からの直流電力が停止すると、接続されているインバータ１４を停止すると共に、このインバータ１４の出力電力量を算出する。この後、各インバータ１４の出力電力量を比較して、最も少ないインバータ１４のリモートコントローラ５０を次の親機として設定する。これにより、次に電源システム１０が立ち上がるときには、新たに親機として設定されたリモートコントローラ５０が各インバータ１４の作動を制御する。
【００４６】
一方、親機に設定されたリモートコントローラ５０に接続されているインバータ１４では、入力される直流電力の変化に追従して、最大出力を取り出す最大電力追従制御（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）を行う。また、子機として設定されているリモートコントローラ５０に接続されているインバータ１４は、常に最大出力となる定電力制御を行う。親機として設定されているリモートコントローラ５０は、子機のインバータ１４が定電力制御を行えるように直流電源１２の出力の変化に基づいて運転／停止と共にマグネットスイッチ１８の開閉を行う。
【００４７】
また、電源システム１０では、親機として設定されたリモートコントローラ５０が、単独運転防止と共に過電圧（ＯＶＲ）、不足電圧（ＵＶＲ）、周波数低下（ＵＦＲ）、周波数上昇（ＯＦＲ）に対する連系保護を一括して行い、夫々のインバータ１４が個々に連系保護を行うことによる干渉や誤動作を防止するようにしている。
【００４８】
ところで、図１に示されるように、電源システム１０には、電源調整装置７０が設けられている。この電源調整装置７０は、力率判定回路７２と、電流抽出部７４によって構成されている。
【００４９】
力率判定回路７２には、構内負荷６６に流れる負荷電流を検出するＣＴ７６を備えた負荷電流検出部７８と、系統電源１６の電圧を検出するＰＴ８０を備えた系統電圧検出部８２とが接続されている。なお、系統電圧検出部８２に換えて、インバータ１４に設けられている電圧波形検出部４０の出力を用いても良い。
【００５０】
力率判定回路７２は、負荷電流検出部７８及び系統電圧検出部８２によって構内負荷６６の力率を検出する。
【００５１】
電流抽出部７４には、位相反転回路８４が設けられており、この位相判定回路８４に負荷電流検出部７８によって検出する負荷電流がアッテネータ８６及びバンドエルミネーションフィルタ（Band Elimination filter：以下「ＢＥＦ８８」と言う）を介して入力される。
【００５２】
図５に示されるように、ＢＥＦ８８は、系統電源１６の周波数ｆ0を含む所定の領域を減衰させ、系統電源１６に含まれる高調波成分のみが通過する周波数特性を有している。なお、ＢＥＦ８８に換えてハイパスフィルタ（high-pass filter：ＨＰＦ）を用いても良い。
【００５３】
また、位相反転回路８４は、ＢＥＦ８８から入力される負荷電流を反転させて出力する。すなわち、反転させた負荷電流の高調波成分（以下「電流信号Ｉrω」と言う）を出力する。
【００５４】
一方、図１、図２及び図４に示されるように、位相反転回路８４の出力は、インバータ１４に接続されており、位相反転回路８４から出力される電流信号Ｉrωがインバータ１４のそれぞれに入力されるようになっている。また、図１乃至図３に示されるように、力率判定回路７２は、インバータ１４のそれぞれに対して設けられているリモートコントローラ５０に接続されており、系統負荷６６の力率が低下すると、力率の低下を示す信号をリモートコントローラ５０に出力する。
【００５５】
電源システム１０では、前記した如く、発電電力に応じて運転するインバータ１４の台数を設定し、設定した台数のみのインバータ１４を運転し、他のインバータ１４は運転を停止する。このとき、親機に設定されているリモートコントローラ５０に、力率判定回路７２から力率低下を示す信号が入力されると、親機は、停止しているインバータ１４を運転する。
【００５６】
図２及び図４に示されるように、インバータ１４のそれぞれには、切替えスイッチ９０が設けられており、力率判定回路７２の判定結果に基づいて運転されるインバータ１４は、マイコン２２がこの切替えスイッチ９０を操作して、入力を切替える。これにより、電圧波形検出部４０の出力に換えて、位相反転回路８４の出力がインバータ１４に入力される。このとき、インバータ１４は、定電圧制御を行う。すなわち、力率判定回路７２の判定結果に基づいて運転されるインバータ１４は、反転された負荷電流の高調波成分に基づいて定電圧制御を行う。
【００５７】
例えば、図４に示されるように、通常、インバータ１４では、信号生成部９２で発電電圧ＶDCと系統電圧ＶACに基づいて、系統電圧ＶAC及び系統電源１６の周波数ｆ0に応じた電圧波形を得るためのスイッチング信号を生成する。この信号生成部９２の出力は、出力電流の波形と合成されて、スイッチング信号の周期（例えば２０Hz）を決定するオシレータ９４の出力と共に比較器９６に入力される。これにより、比較器９６から直流電源１２の直流電力を系統電源１６の電圧ＶAC及び周波数ｆ0に変換するためのスイッチング信号ＳＴが出力される。
【００５８】
これに対して、力率判定回路７２の判定結果に基づいて運転を開始するインバータ１４では、切替えスイッチ９０が操作されることにより、系統電圧ＶACに換えて、反転された負荷電流の高調波成分に基づいてスイッチング信号ＳＴが生成される。これにより、このインバータ１４は、一定電圧で負荷電力に応じた無効電力を出力する。
【００５９】
以下に本実施の形態の作用を説明する。
【００６０】
この電源システム１０では、最初にリモートコントローラ５０の親機の設定を行う。この親機の設定は、夫々のリモートコントローラ５０に設けている設定スイッチ部５８のディップスイッチによってアドレスと共に、初期値として１台の親機と子機を設定すればよい。
【００６１】
また、自動的に親機／子機を設定する場合は、直流電源１２の出力が停止している状態で、マグネットスイッチ１８Ａ〜１８Ｃをオンして、インバータ１４が動作可能な状態とする。この状態で例えば、日の出と共に直流電源１２が直流電力の出力を開始すると、わずかながらの時間差を持ってインバータ１４Ａ〜１４Ｃが運転を開始することになる。このとき、何れかのインバータ１４が運転を開始すると、運転を開始したことを示す信号がリモートコントローラ５０へ出力される。
【００６２】
最初に運転を開始したインバータ１４が接続されているリモートコントローラ５０は、他のインバータバー１４が作動を開始しないように、夫々のリモートコントローラ５０へ制御信号を出力する。これにより、最初に運転したインバータ１４のリモートコントローラ５０が親機となり、他のリモートコントローラ５０が子機として設定される。
【００６３】
このように、リモートコントローラ５０Ａ〜５０Ｃの間で親機／子機の設定がなされると、直流電源１２から出力される直流電力に応じインバータ１４Ａ〜１４Ｃの作動を制御する。
【００６４】
このとき、親機となるインバータ１４は、発電電力に応じて出力電力を変化させるＭＰＰＴ制御を行い、発電電力が親機となっているインバータ１４の定格出力を超えると、子機のインバータ１４が定電力制御で運転を開始する。これにより、電源システム１０では、発電電力を効率的に系統電源１６を回生させることができるようにしている。また、電源システム１０では、直流電源１２の発電電力が比較的低い状態では、複数の子機のうちの少なくとも１台が運転を停止している。
【００６５】
ところで、電源システム１０には、電流調整装置７０が設けられている。この電流調整装置７０は、力率判定回路７２で、負荷電流検出部８２で検出する負荷電流と、系統電圧検出部８２で検出する系統電圧から構内負荷６６の力率を判定する。これにより、構内負荷６６の力率が下がり、無効電力が増加していると、力率が低下したことをリモートコントローラ５０に出力する。
【００６６】
親機となっているリモートコントローラ５０は、力率判定回路７２から力率が低下したことを示す信号が入力されると、運転を停止させているインバータ１４の有無を確認し、運転を停止させているインバータ１４があるときには、このインバータ１４を、アクティブ運転させるように該当するリモートコントローラ５０へ出力する。
【００６７】
運転を停止しているインバータ１４のリモートコントローラ５０は、親機からアクティブ運転が指示されると、マグネットスイッチ１８を操作すると共に切替えスイッチ９０を操作してインバータ１４への入力を切替え、このインバータ１４をアクティブ運転時に設定されている定電圧制御による運転を指示する。
【００６８】
これにより、運転が停止しているインバータ１４の運転が定電圧制御による運転を開始する。例えば、リモートコントローラ５０Ａ及びインバータ１４Ａを親機とし、インバータ１４Ａと、子機の一つであるインバータ１４Ｂが、直流電源１２の電力を系統電源１６に回生させる通常運転を行っている状態で、インバータ１４Ｃを停止させていれば、リモートコントローラ５０Ｃがインバータ１４Ｃのアクティブ運転を開始させる。
【００６９】
一方、電流調整装置７０には、電流抽出部７４が設けられている。この電流抽出部７４は、負荷電流検出部７８で検出した負荷電流からＢＥＦ８８によって高調波成分を抽出し、抽出した負荷電流の高調波成分を位相反転回路８４で位相反転させた電流信号Ｉrωを出力する。
【００７０】
アクティブ運転を開始するインバータ１４は、切替えスイッチ９０を操作（図２及び図４の二点鎖線で示す操作位置）することにより、電流抽出部７４から出力される電流信号Ｉrωが、電圧波形検出部４０から入力される系統電圧（波形）に換えて入力され、この電流信号Ｉrωに基づいて生成したスイッチング信号に基づいてスイッチング素子をスイッチングする。
【００７１】
これにより、アクティブ運転を開始したインバータ１４は、構内負荷６６の力率に応じた無効電力を出力することになる。
【００７２】
すなわち、図１に示されるように、アクティブ運転しているインバータ１４Cから出力される電流ｉ2、負荷電流をｉ、力率をcosθとしたとき、電流調整装置７０の電流抽出部７４は、位相反転回路８４によって負荷電流ｉの位相を反転させた電流信号Ｉrωを出力する。
【００７３】
この電流信号Ｉrωは、負荷電流ｉの無効成分に応じた信号となる。また、負荷電流Ｉrωは、ＢＥＦ６６を負荷電流ｉの高調波成分が通過するため、系統電源１６の高調波成分の位相を反転させた信号となっている。
【００７４】
インバータ１４が、通常、系統電源１６の電圧波形に基づいてスイッチングするのに対して、アクティブ運転を行うインバータ１４は、電流信号Ｉrωに基づいてスイッチングする。また、直流電源１２から出力する電力は、通常運転を行っている他のインバータ１４（インバータ１４Ａ、１４Ｂ）によって系統電源１６へ回生されるので、アクティブ運転するインバータ（インバータ１４Ｃ）は、負荷電流ｉに応じた無効電力を出力することになる。
【００７５】
すなわち、図６に示されるように、アクティブ運転するインバータ１４が出力する電流ｉ2は、負荷電流ｉの無効成分に応じた電流となる。このアクティブ運転するインバータ１４の出力は、系統負荷６６へ供給される。したがって、アクティブ運転するインバータ１４は、系統負荷６６の無効電力を供給する。
【００７６】
これにより、電源システム１０が接続されている構内負荷６６を系統電源１６側から見ると、無効電力が低く抑えられ、高力率の系統負荷６６が接続されている状態となっている。
【００７７】
一方、ＢＥＦ８８は、負荷電流ｉから高調波成分を抽出しており、これにより、アクティブ運転するインバータ１４が出力する電流ｉ2は、系統負荷６６で発生する高調波成分に応じた電流となっており、この電流ｉ2が系統負荷６６へ供給されることにより、系統負荷６６で発生される高調波電流がこの電流ｉ2によって相殺される。
【００７８】
したがって、系統負荷６６で発生する高調波が系統電源１６に回り込むのを抑えることができる。系統負荷６６で発生された高調波を含んだ電流が系統電源１６に回り込むのを防止することができる。
【００７９】
このように、系統負荷６６に接続される電源システム１０は、電流調整装置７０を設け、複数台のインバータ１４を直流電源１２の出力する直流電力に応じた台数でインバータ１４を運転するときに、電流調整装置７０によって検出する負荷電流ｉに基づいて、運転を停止しているインバータ１４をアクティブ運転させる。これにより、系統負荷６６の力率を電源システム１０によって改善することができる。また、系統負荷６６で発生する高調波電流を電源システム１０によって抑制することができる。
【００８０】
このとき、アクティブ運転を開始したインバータ１４は、無効電力を出力するので、直流電源１２の電力を系統電源１６へ回生させる他のインバータ１４の運転や出力に影響を及ぼすことがない。
【００８１】
なお、本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。本発明は、複数台のインバータを並列接続して用いる種々の構成の系統連系システムに適用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、直流電源から出力される直流電力によって設定した台数のインバータを運転するときに、運転の停止しているインバータを系統負荷の電流に基づいて定電圧制御によって運転することにより、系統負荷の力率を改善することができると共に、系統負荷の発生する高調波を抑制することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に系統連系システムとして適用した電源システムのブロック図である。
【図２】電源システムに用いるインバータの概略構成を示すブロック図である。
【図３】電源システムに適用したリモートコントローラを示すブロック図である。
【図４】インバータでのスイッチング信号の発生の概略を示すブロック図である。
【図５】電源調整装置に設けたＢＥＦの周波数特性の概略を示す線図である。
【図６】負荷電流とアクティブ運転するインバータの出力する電流の概略を示す線図である。
【符号の説明】
１０ 電源システム（系統連系システム）
１２ 直流電源
１４（１４Ａ〜１４Ｃ） インバータ
１６ 系統電源
２２ マイコン
６６ 系統負荷
７０ 電源調整装置
７２ 力率判定回路（力率判定手段）
７４ 電流抽出部
７８ 負荷電流検出部（負荷電流検出手段）
８２ 系統電圧検出部（電圧検出手段）
８４ 位相反転回路（反転手段）
８８ ＢＥＦ（除去手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等の発電手段によって発電した電力をインバータによって系統電源に応じた電力に変換して出力する系統連系システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
系統連系システムでは、太陽光発電装置等の発電装置によって発電した直流電力をインバータによって系統電源に応じた交流電力に変換し、系統電源ヘ回生させる。このとき、系統連系システムに用いられるインバータでは、系統電源の停電による単独運転の防止と共に、系統電源の過電圧、不足電圧、周波数上昇、周波数低下に対する系統連系保護を行うようになっている。
【０００３】
一方、インバータでは、定格電力の出力時に最も効率のよい運転が可能となっているが、太陽電池を用いた発電装置では、日射量等によって発電電力が変化するため、インバータでは、入力電力が定格電力に満たない時には、発電電力の変化に応じて出力効率が最も高くなるように最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行うようになっている。
【０００４】
また、出力電力の大きいインバータでは、定格電力に対して入力電力が低すぎると、出力効率が極端に低下してしまう。このため、系統連系システムでは、複数台のインバータを並列接続して、入力電力に応じてインバータの運転台数を設定することにより、発電電力が低いときでも効率よく運転できるようにする提案がなされている。
【０００５】
さらに、複数台のインバータを系統電源の一つのバンク（同一構内）に設けた場合、系統連系システムから出力された電力は、そのバンク内で消費されるか、系統側に逆潮流して、系統電源の電圧上昇を引き起こしてしまう。このために、系統連系システムでは、インバータの出力を抑制して系統電源の電圧上昇を防止している。
【０００６】
ところで、バンク内で多数の負荷が系統電源に接続されていると、それぞれの負荷の力率が高くても、バンク全体としては、力率が低くなることがある。また、系統電源に高調波が含まれるときには、この高調波の抑制も必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を鑑みてなされたものであり、バンク内に複数台のインバータを設置したときに、バンク内の力率改善及び高調波抑制を可能とする系統連系システムを提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、複数台のインバータを並列接続し、直流電源から出力される直流電力に応じて設定された台数のインバータによって、前記直流電源から出力する電力を系統電源に回生して系統電源に接続されている系統負荷へ供給する系統連系システムであって、系統電圧を検出する電圧検出手段と、前記系統負荷へ供給される負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記電圧検出手段及び負荷電流検出手段の検出結果から力率を判定する力率判定手段と、前記力率判定手段によって判定された力率が所定範囲を外れ、かつ前記複数台のインバータのうちの少なくとも１台の運転が停止しているときに、該運転の停止しているインバータを前記負荷電流に基づいて運転する運転運転制御手段と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、複数台のインバータを用いて直流電力を系統電源に回生させるときに、直流電源から出力される直流電力に応じた台数のインバータを運転し、余分なインバータを停止させておく。
【００１０】
一方、力率判定手段は、負荷電流と系統電圧に基づいて系統負荷の力率を判定し、力率が低くなると運転制御手段が、運転を停止しているインバータを運転する。このとき、停止していたインバータを負荷電流に基づいて一定電圧制御によって運転し、負荷電流に含まれる無効電力や高調波成分に応じた無効電力を発生させて系統負荷へ供給する。
【００１１】
これにより、負荷電流に含まれる無効電力及び高調波の抑制が可能となり、系統電源から見た系統負荷の力率改善と共に、系統電源への高調波の回り込みを防止することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記負荷電流の逆相成分を生成する反転手段を含み、前記運転制御手段が前記反転手段によって位相が反転された負荷電流に基づいて前記運転の停止しているインバータを運転することを特徴とする。
【００１３】
これにより、本発明では、運転制御手段によって運転されるインバータが、系統負荷で発生する、無効電力を系統負荷へ供給し、系統電源から見た系統負荷の力率を高くする。すなわち、系統電源から系統負荷に供給される無効電力を低く抑えることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記負荷電流の基本波を除去する除去手段を含み、前記反転手段が前記除去手段によって基本波が除去された負荷電流の逆相成分を生成することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、除去手段は、負荷電流から基本波を除去することにより、高調波成分を抽出する。この除去手段の出力に基づいてインバータを運転することにより、系統負荷で発生する高調波を相殺して、系統負荷で発生した高調波が系統電源に回り込むのを防止することができる。
【００１６】
このような本発明では、複数台のインバータの中から１台の親機を設定し、この親機が子機の運転／停止と共に、停止している子機から負荷電流に基づいて運転する子機を設定する構成を用いることができる。
【００１７】
また、本発明では、前記インバータのそれぞれに設けられているコントローラと、該コントローラを接続する通信手段によって形成することができる。
【００１８】
これにより、特別に専用の運転制御手段を設ける必要がなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１には、本実施の形態に適用した電源システム１０の概略構成を示している。
【００２０】
この電源システム１０では、太陽電池モジュールを直流電源１２として用いており、この直流電源１２に複数のインバータ１４が並列接続されている。なお、本実施の形態では、一例として電源システム１０をインバータ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ（総称するときは「インバータ１４」と言う）の３台によって構成している。
【００２１】
それぞれのインバータ１４の入力側は、ラッチ式のマグネットスイッチ１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ）を介して直流電源１２に接続されており、出力側は、系統電源１６に接続されている。これにより、電源システム１０は、直流電源１２から出力された直流電力をインバータ１４によって交流電力に変換して、系統電源１６へ出力する系統連系発電システムを形成している。なお、本実施の形態では、一例として最大出力電力が１０ｋＷの直流電源１２に対して３．５ｋＷ出力の３台のインバータ１４を用いた例を示している。
【００２２】
図２に示されるように、それぞれのインバータ１４は、インバータ回路２０及びインバータ回路２０を制御するマイコン２２を備えており、マグネットスイッチ１８を介してインバータ１４に入力され直流電力は、ノイズフィルタ２６を介してインバータ回路２０へ供給される。
【００２３】
インバータ回路２０には、図示しないスイッチング素子がブリッジ状に接続されており、インバータ回路２０は、直流電力をＰＷＭ理論に基づいてこのスイッチング素子をスイッチングして系統電源１６とほぼ同じ周波数の擬似正弦波を出力する。このとき、インバータ回路２０に入力される直流電力は、インバータ回路２０で系統電源１６とほぼ同じ周波数の交流電力に変換されて出力される。
【００２４】
インバータ回路２０から出力される交流電力は、フィルタ回路２８、ノイズフィルタ２９及び解列コンタクタ３０を介してトランスレス方式で系統電源１６のラインへ供給される。
【００２５】
マイコン２２には、インバータ回路２０に入力される直流電圧を検出するアイソレーションアンプからなる入力電圧検出部３２、直流電流を検出する変流器（ＣＴ）からなる入力電流検出部３４、インバータ回路２０から出力される交流電流を検出する変流器（ＣＴ）からなる出力電流検出部３８、変圧器（ＰＴ）によって系統電源１６の系統電圧と電圧波形を検出する電圧波形検出部４０が接続されている。
【００２６】
通常、マイコン２２は、入力電圧検出部３２及び入力電流検出部３４によって検出する直流電力と、電圧波形検出部４０によって検出した電圧に基づいて、インバータ回路２０の図示しないスイッチング素子を駆動するスイッチング信号のデューティ比を制御する。
【００２７】
これにより、インバータ１４は、位相及び周波数が系統電源１６と一致した交流電力を出力する。なお、インバータ回路２０から出力される交流電力はノコギリ波状となっており、フィルタ回路２８が、このインバータ回路２０の出力電力から高調波成分を除去することにより、インバータ１４所定の電圧波形の交流電力が出力される。
【００２８】
一方、解列コンタクタ３０は、マイコン２２に接続されており、マイコン２２は、この解列コンタクタ３０によってインバータ１４と系統電源１６の接続及び切り離しを行なう。これにより、例えば、マイコン２２は、太陽電池モジュール（直流電源１２）による発電電力が少ないか発電していないために、直流電源１２からの出力電力が少ないために、インバータ１４の作動が停止しているときには、インバータ１４と系統電源１６とを切り離し、また、インバータ１４が作動を開始する直前に、インバータ１４と系統電源１６を接続する。
【００２９】
また、マイコン２２は、電圧波形検出部４０の検出する電圧波形から系統電源１６が停電状態と判断されるときには、解列コンタクタ３０によって速やかにインバータ１４を系統電源１６から切り離して、インバータ１４の単独運転等を防止するようにしている。さらに、マイコン２２は、過電圧（ＯＶＲ）、不足電圧（ＵＶＲ）、周波数上昇（ＯＦＲ）、周波数低下（ＵＦＲ）及び単独運転に対するインバータ１４の保護を行う。なお、インバータ１４は、従来公知の構成及び制御方法を適用でき、本実施の形態では詳細な説明を省略する。
【００３０】
一方、図１に示されるように、電源システム１０では、インバータ１４の夫々にリモートコントローラ５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）が接続されている。
【００３１】
図３に示されるように、リモートコントローラ５０は、マイクロコンピュータを備えたコントロール部５２及びＬＣＤ等を用いた表示部５４と共に電源回路５６が設けられており、表示部５４及び電源回路５６がコントロール部５２に接続されている。また、リモートコントローラ５０には、設定スイッチ部５８及び通信コネクタ６０が設けられており、これらがコントロール部５２に接続されている。
【００３２】
電源回路５６は、図示しないバックアップ用のバッテリーが設けられていると共に、系統電源１６に接続されており、系統電源１６から供給される電力によってリモートコントローラ５０が動作するようになっている。すなわち、リモートコントローラ５０は、直流電源１２から直流電力が入力されずに、インバータ１４が停止状態であっても、動作可能となっている。
【００３３】
このリモートコントローラ５０の通信コネクタ６０には、インバータ１４のマイコン２２が接続される。これにより、リモートコントローラ５０では、インバータ１４が出力する出力電力量の積算等の、インバータ１４の運転管理が可能となっている。また、インバータ１４が単独運転停止のために動作を停止すると、この情報がマイコン２２からリモートコントローラ５０に入力されるようになっている。
【００３４】
また、図１に示されるように、リモートコントローラ５０の夫々は、マグネットスイッチ１８をオン／オフ駆動する駆動回路６２に接続されている。
【００３５】
インバータ１４は、マグネットスイッチ１８がオフされて直流電力が入力されなくなると運転を停止し、マグネットスイッチ１８がオンされて直流電力が供給されることにより運転を開始する。
【００３６】
夫々のリモートコントローラ５０は、インバータ１４のマイコン２２に運転停止を指示する制御信号を出力するときにマグネットスイッチ１８をオフし、運転開始を指示する信号を出力するときにマグネットスイッチ１８をオンする。なお、リモートコントローラ５０からマイコン２２に入力される運転／停止の指示に基づいて、マイコン２２がマグネットスイッチ１８をオン／オフするものであってもよい。
【００３７】
夫々のリモートコントローラ５０の通信コネクタ６０には、他のリモートコントローラ５０が通信ケーブル６４を介して接続される。このとき、リモートコントローラ５０は、例えばループを形成するように専用の通信ケーブル６４によって接続される。
【００３８】
これにより、リモートコントローラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間で、夫々が接続されているインバータ１４Ａ，１４Ｂ、１４Ｃの運転情報の交換が可能となっている。
【００３９】
このように構成されている電源システム１０では、何れか１台のリモートコントローラ５０が親機となって、親機が接続されているインバータ１４と共に、子機となる他のリモートコントローラ５０が接続されているインバータ１４の運転／停止を制御するようになっている。なお、親機、子機の設定は、リモートコントローラ５０の設定スイッチ部５８に設けられている図示しないディップスイッチによって設定が可能となっているが、本実施の形態では、このディップスイッチによってリモートコントローラ５０を特定するアドレスを設定するようにしている。
【００４０】
設定スイッチ部５８のディップスイッチを用いずに最初の親機となるリモートコントローラ５０の設定する場合は、マグネットスイッチ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを閉じて、直流電源１２から供給される電力によって何れのインバータ１４も動作可能な状態で設置する。この後、直流電源１２である太陽電池モジュールが発電を開始したときに、最初に動作を開始したインバータ１４のリモートコントローラ５０を親機として設定する。
【００４１】
このようにして親機として設定されたリモートコントローラ５０は、先ず、他のインバータ１４が動作を開始しないように、残りのリモートコントローラ５０を子機として設定する。この後に、親機として設定されたリモートコントローラ５０は、接続されているインバータ１４を常に運転状態とすると共に、直流電源１２の出力電力の増加、減少に合わせて、子機としているリモートコントローラ５０が接続されているインバータ１４を運転／停止させる。
【００４２】
一方、電源システム１０では、例えば１日の稼動停止時に、インバータ１４Ａ〜１４Ｃの出力電力の積算値（出力電力量）や、運転時間の積算値等の運転情報に基づいて、次に親機とするリモートコントローラ５０を設定する。これにより、インバータ１４Ａ〜１４Ｃの間で、出力電力量ないし運転時間の積算値が平均化するようにしている。
【００４３】
すなわち、次に親機となるリモートコントローラ５０は、出力電力量ないし運転時間が最も少なくなっているインバータ１４に接続されているものを用いる。
【００４４】
このために、子機となっているリモートコントローラ５０は、接続されているインバータ１４が停止すると、このインバータ１４の出力電力の積算値（出力電力量）を、親機となっているリモートコントローラ５０へ出力する。
【００４５】
親機となっているリモートコントローラ５０は、直流電源１２からの直流電力が停止すると、接続されているインバータ１４を停止すると共に、このインバータ１４の出力電力量を算出する。この後、各インバータ１４の出力電力量を比較して、最も少ないインバータ１４のリモートコントローラ５０を次の親機として設定する。これにより、次に電源システム１０が立ち上がるときには、新たに親機として設定されたリモートコントローラ５０が各インバータ１４の作動を制御する。
【００４６】
一方、親機に設定されたリモートコントローラ５０に接続されているインバータ１４では、入力される直流電力の変化に追従して、最大出力を取り出す最大電力追従制御（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）を行う。また、子機として設定されているリモートコントローラ５０に接続されているインバータ１４は、常に最大出力となる定電力制御を行う。親機として設定されているリモートコントローラ５０は、子機のインバータ１４が定電力制御を行えるように直流電源１２の出力の変化に基づいて運転／停止と共にマグネットスイッチ１８の開閉を行う。
【００４７】
また、電源システム１０では、親機として設定されたリモートコントローラ５０が、単独運転防止と共に過電圧（ＯＶＲ）、不足電圧（ＵＶＲ）、周波数低下（ＵＦＲ）、周波数上昇（ＯＦＲ）に対する連系保護を一括して行い、夫々のインバータ１４が個々に連系保護を行うことによる干渉や誤動作を防止するようにしている。
【００４８】
ところで、図１に示されるように、電源システム１０には、電源調整装置７０が設けられている。この電源調整装置７０は、力率判定回路７２と、電流抽出部７４によって構成されている。
【００４９】
力率判定回路７２には、構内負荷６６に流れる負荷電流を検出するＣＴ７６を備えた負荷電流検出部７８と、系統電源１６の電圧を検出するＰＴ８０を備えた系統電圧検出部８２とが接続されている。なお、系統電圧検出部８２に換えて、インバータ１４に設けられている電圧波形検出部４０の出力を用いても良い。
【００５０】
力率判定回路７２は、負荷電流検出部７８及び系統電圧検出部８２によって構内負荷６６の力率を検出する。
【００５１】
電流抽出部７４には、位相反転回路８４が設けられており、この位相判定回路８４に負荷電流検出部７８によって検出する負荷電流がアッテネータ８６及びバンドエルミネーションフィルタ（Band Elimination filter：以下「ＢＥＦ８８」と言う）を介して入力される。
【００５２】
図５に示されるように、ＢＥＦ８８は、系統電源１６の周波数ｆ0を含む所定の領域を減衰させ、系統電源１６に含まれる高調波成分のみが通過する周波数特性を有している。なお、ＢＥＦ８８に換えてハイパスフィルタ（high-pass filter：ＨＰＦ）を用いても良い。
【００５３】
また、位相反転回路８４は、ＢＥＦ８８から入力される負荷電流を反転させて出力する。すなわち、反転させた負荷電流の高調波成分（以下「電流信号Ｉrω」と言う）を出力する。
【００５４】
一方、図１、図２及び図４に示されるように、位相反転回路８４の出力は、インバータ１４に接続されており、位相反転回路８４から出力される電流信号Ｉrωがインバータ１４のそれぞれに入力されるようになっている。また、図１乃至図３に示されるように、力率判定回路７２は、インバータ１４のそれぞれに対して設けられているリモートコントローラ５０に接続されており、系統負荷６６の力率が低下すると、力率の低下を示す信号をリモートコントローラ５０に出力する。
【００５５】
電源システム１０では、前記した如く、発電電力に応じて運転するインバータ１４の台数を設定し、設定した台数のみのインバータ１４を運転し、他のインバータ１４は運転を停止する。このとき、親機に設定されているリモートコントローラ５０に、力率判定回路７２から力率低下を示す信号が入力されると、親機は、停止しているインバータ１４を運転する。
【００５６】
図２及び図４に示されるように、インバータ１４のそれぞれには、切替えスイッチ９０が設けられており、力率判定回路７２の判定結果に基づいて運転されるインバータ１４は、マイコン２２がこの切替えスイッチ９０を操作して、入力を切替える。これにより、電圧波形検出部４０の出力に換えて、位相反転回路８４の出力がインバータ１４に入力される。このとき、インバータ１４は、定電圧制御を行う。すなわち、力率判定回路７２の判定結果に基づいて運転されるインバータ１４は、反転された負荷電流の高調波成分に基づいて定電圧制御を行う。
【００５７】
例えば、図４に示されるように、通常、インバータ１４では、信号生成部９２で発電電圧ＶDCと系統電圧ＶACに基づいて、系統電圧ＶAC及び系統電源１６の周波数ｆ0に応じた電圧波形を得るためのスイッチング信号を生成する。この信号生成部９２の出力は、出力電流の波形と合成されて、スイッチング信号の周期（例えば２０Hz）を決定するオシレータ９４の出力と共に比較器９６に入力される。これにより、比較器９６から直流電源１２の直流電力を系統電源１６の電圧ＶAC及び周波数ｆ0に変換するためのスイッチング信号ＳＴが出力される。
【００５８】
これに対して、力率判定回路７２の判定結果に基づいて運転を開始するインバータ１４では、切替えスイッチ９０が操作されることにより、系統電圧ＶACに換えて、反転された負荷電流の高調波成分に基づいてスイッチング信号ＳＴが生成される。これにより、このインバータ１４は、一定電圧で負荷電力に応じた無効電力を出力する。
【００５９】
以下に本実施の形態の作用を説明する。
【００６０】
この電源システム１０では、最初にリモートコントローラ５０の親機の設定を行う。この親機の設定は、夫々のリモートコントローラ５０に設けている設定スイッチ部５８のディップスイッチによってアドレスと共に、初期値として１台の親機と子機を設定すればよい。
【００６１】
また、自動的に親機／子機を設定する場合は、直流電源１２の出力が停止している状態で、マグネットスイッチ１８Ａ〜１８Ｃをオンして、インバータ１４が動作可能な状態とする。この状態で例えば、日の出と共に直流電源１２が直流電力の出力を開始すると、わずかながらの時間差を持ってインバータ１４Ａ〜１４Ｃが運転を開始することになる。このとき、何れかのインバータ１４が運転を開始すると、運転を開始したことを示す信号がリモートコントローラ５０へ出力される。
【００６２】
最初に運転を開始したインバータ１４が接続されているリモートコントローラ５０は、他のインバータバー１４が作動を開始しないように、夫々のリモートコントローラ５０へ制御信号を出力する。これにより、最初に運転したインバータ１４のリモートコントローラ５０が親機となり、他のリモートコントローラ５０が子機として設定される。
【００６３】
このように、リモートコントローラ５０Ａ〜５０Ｃの間で親機／子機の設定がなされると、直流電源１２から出力される直流電力に応じインバータ１４Ａ〜１４Ｃの作動を制御する。
【００６４】
このとき、親機となるインバータ１４は、発電電力に応じて出力電力を変化させるＭＰＰＴ制御を行い、発電電力が親機となっているインバータ１４の定格出力を超えると、子機のインバータ１４が定電力制御で運転を開始する。これにより、電源システム１０では、発電電力を効率的に系統電源１６を回生させることができるようにしている。また、電源システム１０では、直流電源１２の発電電力が比較的低い状態では、複数の子機のうちの少なくとも１台が運転を停止している。
【００６５】
ところで、電源システム１０には、電流調整装置７０が設けられている。この電流調整装置７０は、力率判定回路７２で、負荷電流検出部８２で検出する負荷電流と、系統電圧検出部８２で検出する系統電圧から構内負荷６６の力率を判定する。これにより、構内負荷６６の力率が下がり、無効電力が増加していると、力率が低下したことをリモートコントローラ５０に出力する。
【００６６】
親機となっているリモートコントローラ５０は、力率判定回路７２から力率が低下したことを示す信号が入力されると、運転を停止させているインバータ１４の有無を確認し、運転を停止させているインバータ１４があるときには、このインバータ１４を、アクティブ運転させるように該当するリモートコントローラ５０へ出力する。
【００６７】
運転を停止しているインバータ１４のリモートコントローラ５０は、親機からアクティブ運転が指示されると、マグネットスイッチ１８を操作すると共に切替えスイッチ９０を操作してインバータ１４への入力を切替え、このインバータ１４をアクティブ運転時に設定されている定電圧制御による運転を指示する。
【００６８】
これにより、運転が停止しているインバータ１４の運転が定電圧制御による運転を開始する。例えば、リモートコントローラ５０Ａ及びインバータ１４Ａを親機とし、インバータ１４Ａと、子機の一つであるインバータ１４Ｂが、直流電源１２の電力を系統電源１６に回生させる通常運転を行っている状態で、インバータ１４Ｃを停止させていれば、リモートコントローラ５０Ｃがインバータ１４Ｃのアクティブ運転を開始させる。
【００６９】
一方、電流調整装置７０には、電流抽出部７４が設けられている。この電流抽出部７４は、負荷電流検出部７８で検出した負荷電流からＢＥＦ８８によって高調波成分を抽出し、抽出した負荷電流の高調波成分を位相反転回路８４で位相反転させた電流信号Ｉrωを出力する。
【００７０】
アクティブ運転を開始するインバータ１４は、切替えスイッチ９０を操作（図２及び図４の二点鎖線で示す操作位置）することにより、電流抽出部７４から出力される電流信号Ｉrωが、電圧波形検出部４０から入力される系統電圧（波形）に換えて入力され、この電流信号Ｉrωに基づいて生成したスイッチング信号に基づいてスイッチング素子をスイッチングする。
【００７１】
これにより、アクティブ運転を開始したインバータ１４は、構内負荷６６の力率に応じた無効電力を出力することになる。
【００７２】
すなわち、図１に示されるように、アクティブ運転しているインバータ１４Cから出力される電流ｉ2、負荷電流をｉ、力率をcosθとしたとき、電流調整装置７０の電流抽出部７４は、位相反転回路８４によって負荷電流ｉの位相を反転させた電流信号Ｉrωを出力する。
【００７３】
この電流信号Ｉrωは、負荷電流ｉの無効成分に応じた信号となる。また、負荷電流Ｉrωは、ＢＥＦ６６を負荷電流ｉの高調波成分が通過するため、系統電源１６の高調波成分の位相を反転させた信号となっている。
【００７４】
インバータ１４が、通常、系統電源１６の電圧波形に基づいてスイッチングするのに対して、アクティブ運転を行うインバータ１４は、電流信号Ｉrωに基づいてスイッチングする。また、直流電源１２から出力する電力は、通常運転を行っている他のインバータ１４（インバータ１４Ａ、１４Ｂ）によって系統電源１６へ回生されるので、アクティブ運転するインバータ（インバータ１４Ｃ）は、負荷電流ｉに応じた無効電力を出力することになる。
【００７５】
すなわち、図６に示されるように、アクティブ運転するインバータ１４が出力する電流ｉ2は、負荷電流ｉの無効成分に応じた電流となる。このアクティブ運転するインバータ１４の出力は、系統負荷６６へ供給される。したがって、アクティブ運転するインバータ１４は、系統負荷６６の無効電力を供給する。
【００７６】
これにより、電源システム１０が接続されている構内負荷６６を系統電源１６側から見ると、無効電力が低く抑えられ、高力率の系統負荷６６が接続されている状態となっている。
【００７７】
一方、ＢＥＦ８８は、負荷電流ｉから高調波成分を抽出しており、これにより、アクティブ運転するインバータ１４が出力する電流ｉ2は、系統負荷６６で発生する高調波成分に応じた電流となっており、この電流ｉ2が系統負荷６６へ供給されることにより、系統負荷６６で発生される高調波電流がこの電流ｉ2によって相殺される。
【００７８】
したがって、系統負荷６６で発生する高調波が系統電源１６に回り込むのを抑えることができる。系統負荷６６で発生された高調波を含んだ電流が系統電源１６に回り込むのを防止することができる。
【００７９】
このように、系統負荷６６に接続される電源システム１０は、電流調整装置７０を設け、複数台のインバータ１４を直流電源１２の出力する直流電力に応じた台数でインバータ１４を運転するときに、電流調整装置７０によって検出する負荷電流ｉに基づいて、運転を停止しているインバータ１４をアクティブ運転させる。これにより、系統負荷６６の力率を電源システム１０によって改善することができる。また、系統負荷６６で発生する高調波電流を電源システム１０によって抑制することができる。
【００８０】
このとき、アクティブ運転を開始したインバータ１４は、無効電力を出力するので、直流電源１２の電力を系統電源１６へ回生させる他のインバータ１４の運転や出力に影響を及ぼすことがない。
【００８１】
なお、本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。本発明は、複数台のインバータを並列接続して用いる種々の構成の系統連系システムに適用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、直流電源から出力される直流電力によって設定した台数のインバータを運転するときに、運転の停止しているインバータを系統負荷の電流に基づいて定電圧制御によって運転することにより、系統負荷の力率を改善することができると共に、系統負荷の発生する高調波を抑制することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に系統連系システムとして適用した電源システムのブロック図である。
【図２】電源システムに用いるインバータの概略構成を示すブロック図である。
【図３】電源システムに適用したリモートコントローラを示すブロック図である。
【図４】インバータでのスイッチング信号の発生の概略を示すブロック図である。
【図５】電源調整装置に設けたＢＥＦの周波数特性の概略を示す線図である。
【図６】負荷電流とアクティブ運転するインバータの出力する電流の概略を示す線図である。
【符号の説明】
１０ 電源システム（系統連系システム）
１２ 直流電源
１４（１４Ａ〜１４Ｃ） インバータ
１６ 系統電源
２２ マイコン
６６ 系統負荷
７０ 電源調整装置
７２ 力率判定回路（力率判定手段）
７４ 電流抽出部
７８ 負荷電流検出部（負荷電流検出手段）
８２ 系統電圧検出部（電圧検出手段）
８４ 位相反転回路（反転手段）
８８ ＢＥＦ（除去手段）
Claims (3)
- 複数台のインバータを並列接続し、直流電源から出力される直流電力に応じて設定された台数のインバータによって、前記直流電源から出力する電力を系統電源に回生して系統電源に接続されている系統負荷へ供給する系統連系システムであって、
系統電圧を検出する電圧検出手段と、
前記系統負荷へ供給される負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記電圧検出手段及び負荷電流検出手段の検出結果から力率を判定する力率判定手段と、
前記力率判定手段によって判定された力率が所定範囲を外れ、かつ前記複数台のインバータのうちの少なくとも１台の運転が停止しているときに、該運転の停止しているインバータを前記負荷電流に基づいて運転する運転制御手段と、
を含むことを特徴とする系統連系システム。 - 前記負荷電流の逆相成分を生成する反転手段を含み、
前記運転制御手段が前記反転手段によって位相が反転された負荷電流に基づいて前記運転の停止しているインバータを運転することを特徴とする請求項１に記載の系統連系システム。 - 前記負荷電流の基本波を除去する除去手段を含み、前記反転手段が前記除去手段によって基本波が除去された負荷電流の逆相成分を生成することを特徴とする請求項２に記載の系統連系システム。
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