JP4508631B2

JP4508631B2 - 系統連系用インバータ装置

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Publication number: JP4508631B2
Application number: JP2003429559A
Authority: JP
Inventors: 圭吾鬼塚; 康弘牧野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2005192317A

Description

本発明は、直流電力を商用電源に応じた電圧及び周波数に変換して商用電源系統へ回生する系統連系用インバータ装置に関する。

近年、太陽光をエネルギーとして発電した電力を商用電力系統へ回生することが普及しつつある。発電電力を商用電力系統へ回生するときにはインバータ装置（系統連系用インバータ装置）が用いられ、発電した直流電力をスイッチング素子のオン／オフによって商用電力系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換するようにしている。

また、系統連系用インバータ装置には、解列コンダクタが設けられており、この解列コンダクタが閉じられることにより、変換電力を系統電源へ回生可能となるようにしている。

このような系統連系用インバータ装置では、例えば太陽光発電装置によって発電した電力に基づいてスイッチング素子のオン時間（オンデューティ）を設定し、設定したオン時間でスイッチング素子を駆動することにより、発電電力に応じた電流を出力するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、系統連系用インバータ装置によって発電電力を回生しつづけると、商用電力系統側に接続されている電力負荷によっては、商用電力系統に電圧上昇を生じさせてしまう。このために、系統連系用インバータ装置では、系統電圧が規定値よりも高いときには、出力電力を絞るようにする系統電圧抑制制御が行われている。

この系統電圧抑制制御は、系統連系インバータ装置の出力電流を検出してフィードバック制御を行い、出力電力を絞るときには、出力電流を小さくするようにしている。
特開２００３−１８７５０号公報

しかしながら、出力電流の検出用センサは、変流器（ＣＴ）を備えたものが一般的であり、出力電力（電流）が低くなると検出用センサのゲインも低下してしまう。このために、出力電力を絞っても、数十Ｗ程度の電力が出力されてしまい、０Ｗ出力まで絞ることができないという問題が生じている。

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、的確な系統電圧抑制が可能となる系統連系用インバータ装置を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、直流電力を系統電源の周波数、位相及び系統電圧に合わせた交流電力に変換して系統電源へ回生する系統連系用インバータ装置であって、スイッチング信号に基づいて駆動されることにより前記直流電力を前記交流電力に変換するスイッチング素子が設けられたインバータ回路と、前記系統電源の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、前記インバータ回路の出力電流を検出する出力電流検出手段と、前記直流電力に基づいて前記インバータ回路の出力電流の目標値を設定する目標値設定手段と、前記出力電流の目標値を前記出力電流検出手段の検出値に基づいて補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された前記出力電流の目標値に基づいて前記スイッチング素子を駆動する前記スイッチング信号を生成する信号生成手段と、前記系統電圧検出手段によって前記系統電圧の上昇を検出したときに前記信号生成手段が前記スイッチング信号の生成に用いる前記目標値を低下させる出力制限手段と、前記出力制限手段によって減少された前記目標値が所定値に達したときに前記スイッチング素子の駆動を停止することにより出力電力の回生を停止する停止手段と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、直流電力の電圧及び電流に基づいて出力電流の目標値を設定し、この目標値が得られるようにスイッチング素子を駆動するときのスイッチング信号を生成し、出力電流検出手段を用いて出力電流が目標値となるようにフィードバック制御を行う。

また、出力制限手段は、系統電圧の上昇を検出すると、出力電力を絞るように出力電流の目標値を減少させることにより系統電圧の上昇を抑える。

一方、停止手段は、減少された目標値が予め設定された所定値まで低下すると、スイッチング信号の出力を停止して、スイッチング素子の駆動を停止する。

これにより、出力制限手段によって出力電力が絞り切れなかったときに、系統電圧の上昇を確実に止めることができるようにしている。

請求項２の発明は、前記信号生成手段が前記スイッチング信号を生成する出力電流の目標値を前記所定値に設定して前記スイッチング素子の駆動を開始すると共に、前記目標値を前記目標値設定手段によって設定された目標値まで増加させる再起動手段を含むことを特徴とする。

この発明によれば、スイッチング素子の駆動を停止した後に、出力電流の目標値が徐々に増加させてスイッチング素子の駆動を開始する。これにより、インバータ回路の円滑な再起動が可能となる。

このような本発明においては、前記停止手段による前記スイッチング素子の駆動停止後、所定時間経過してから前記再起動手段を作動させる遅延手段を含むことが好ましい。

また、請求項４の発明は、前記インバータ回路と前記系統電源の間に設けられた解列コンダクタを含み、前記停止手段による前記スイッチング素子の駆動の停止時に、前記解列コンダクタを閉じていることを特徴とする。

この発明によれば、解列コンダクタが設けられているときに、この解列コンダクタを閉じた状態に保持する。

これにより、例えば系統電源の負荷が小さいために、スイッチング素子の駆動／停止が繰り返されても、解列コンダクタの開閉が頻繁に行われてしまうのを確実に防止することができる。

このような本発明では、昇圧用素子のオン／オフ駆動によって前記インバータ回路へ供給される前記直流電力の電圧を昇圧する昇圧回路を含むときに、前記停止手段が前記昇圧素子の駆動を停止するものであっても良い。

また、本発明は、前記インバータ回路が前記スイッチング素子を単相ブリッジ接続して、単相３線式の系統電源への回生を行うときにも適用できる。

さらに、本発明は、前記所定値を前記出力電流検出手段の検出能力に基づいて設定することができる。また、所定値は、出力電流や出力電力に対して設定するものであっても良い。

以上説明したように本発明によれば、例えば、系統電源の負荷が小さいなどのために系統電圧の上昇が生じたときにも、系統電源へ回生する出力電力を確実に絞り込むことができるという優れた効果が得られる。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１には、本実施の形態に系統連系インバータ装置として適用した太陽光発電装置１０の概略構成を示している。

この太陽光発電装置１０は、発電ユニット１２と系統連系用のインバータ装置１４を備えている。発電ユニット１２には、多数の太陽電池セルを備えた太陽電池アレイによって形成された太陽電池１６が設けられており、太陽光を受光することにより、受光量に応じた直流電力を発生する。

インバータ装置１４は、発電ユニット１２が発電した直流電力を、単相３線の商用電力系統１８に応じた位相、周波数及び電圧の交流電力に変換して商用電力系統１８へ回生する（出力する）。

このインバータ装置１４は、昇圧回路２０、インバータ回路２２、電流平滑回路２４及びマイクロコンピュータ（図示省略）が設けられたコントローラ２６を備えている。

発電ユニット１２によって発電された直流電力は、ノイズフィルタ２８を介して昇圧回路２０に入力される。昇圧回路２０は、平滑コンデンサ３０、チョークコイル３２、コンデンサ３４と共にスイッチング回路３６及びダイオード３８を備えており、平滑コンデンサ３０によって平滑化された直流電力がチョークコイル３２及びスイッチング回路３６に入力される。

スイッチング回路３６は、スイッチング素子４０とダイオード４２によって形成されており、スイッチング素子４０がコントローラ２６によって駆動（オン／オフ）が制御される。このスイッチング素子４０としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴなどを用いることができる。

スイッチング回路３６は、スイッチング素子４０のスイッチング動作（オン／オフ）により、入力電圧を昇圧した電圧をチョークコイル３２に発生させる。このとき、コンデンサ３４には、チョークコイル３２に発生した昇圧電力が蓄積され、ダイオード３８がこの昇圧電力の逆流を防止している。

また、ノイズフィルタ２８と昇圧回路２０の間には、発電電圧検出センサ４４及び発電電流検出センサ４６が設けられており、また、昇圧回路２０には、昇圧電圧検出センサ４８が設けられており、発電電圧検出センサ４４、発電電流検出センサ４６及び昇圧電圧検出センサ４８のそれぞれがコントローラ２６に接続している。

発電電圧検出センサ４４及び昇圧電圧検出センサ４８は、例えばアイソレーションアンプを備えており、発電電圧検出センサ４４は、発電ユニット１２（太陽電池１６）によって発電されて昇圧回路２０へ入力される電圧（直流電圧）を検出し、昇圧電圧検出センサ４８は、昇圧回路２０によって昇圧された電圧を検出する。なお、昇圧電圧検出センサ４８によって検出される電圧が昇圧回路２０から出力される昇圧電圧となる。

発電電流検出センサ４６は、例えば変流器（ＣＴ）を備えており、発電ユニット１２によって発電されて昇圧回路２０へ入力される電流（直流電流）を検出する。

コントローラ２６に設けているマイクロコンピュータ（以下、コントローラ２６という）は、発電電圧検出センサ４４及び発電電流検出センサ４６の検出値に基づいて、スイッチング素子４０を駆動すると共に、スイッチング素子４０のオン時間（オンデューティ）を調整することにより、所定の昇圧電圧が得られるように制御している。

すなわち、商用電力系統１８の系統電圧が２００ｖであるときに、その波高値（ピーク値）が±２８０ｖとなるので、昇圧回路２０での昇圧電圧は、商用電力系統１８の波高値の絶対値（２８０ｖ）以上の電圧が必要となり、コントローラ２６は、その電圧が得られるようにスイッチング素子４０のオン／オフを制御する。

なお、実際の昇圧回路２０における昇圧電圧は、インバータ回路２２や電流平滑回路２４等での損失を考慮して２８０ｖよりも２０〜３０ｖ程度高い電圧を発生するようにしている。

また、本実施の形態に適用している太陽光発電装置１０には、発電ユニット１２とノイズフィルタ２８の間に、例えば変流器（ＣＴ）を備えた電流センサ５０が設けられており、コントローラ２６は、この電流センサ５０を用いて、発電ユニット１２によって発電した電力の地絡を検出するようにしている。

一方、インバータ回路２２は、複数のスイッチング素子５４が設けられ、スイッチング素子５４がブリッジ接続され、スイッチング素子５４のそれぞれに対してダイオード（フライホイールダイオード）５６が設けられている。なお、本実施の形態に適用した太陽光発電装置１０では、単相３線式の商用電力系統１８へ発電電力を出力するようにしており、ここから、４個のスイッチング素子５４Ｘａ、５４Ｘｂ、５４Ｙａ、５４Ｙｂ（以下、総称するときは「スイッチング素子５４」とする）をブリッジ接続している。

コントローラ２６は、スイッチング素子５４のオン／オフを制御することにより、昇圧回路２０から入力される直流電力を、商用電力系統１８に対応した交流電力に変換する。このときに、インバータ回路２２では、商用電力系統１８の交流電力と一致する位相及び周波数の正弦波で、商用電力系統１８の系統電圧に応じた電圧の交流電力に変換する。

すなわち、インバータ回路２２は、スイッチング素子５４がオン／オフされることにより、昇圧回路２０から入力される直流電力をパルス幅変調（ＰＷＭ）して交流電力に変換する。このときに、コントローラ２６は、スイッチング素子５４のオン時間を制御して、インバータ回路２２から出力される交流電力（交流電圧）の波形が、商用電力系統１８における系統電圧の交流電圧波形と一致させるようにしている。

電流平滑回路２４は、リアクトル５８及びコンデンサ６０によって形成されており、インバータ回路２２から出力される交流電力の電流を平滑化する。この電流平滑回路２４によって電流が平滑化された交流電力が、ノイズフィルタ６２、解列コンダクタ６４及び保護継電器６６を介して商用電力系統１８へ出力される。

ところで、解列コンダクタ６４と保護継電器６６の間には、系統電圧を検出する系統電圧センサ６８Ａ、６８Ｂが設けられえている。この系統電圧センサ６８Ａ、６８Ｂは、例えば変圧器（ＰＴ）を備えており、商用電力系統１８の系統電圧に応じた電圧をコントローラ２６へ出力する。

また、電流平滑回路２４には、出力電流検出センサ７０が設けられている。この出力電流検出センサ７０はコントローラ２６に接続しており、インバータ回路２２の出力電流を検出してコントローラ２６へ出力するようになっている。

コントローラ２６は、発電電圧検出センサ４４及び発電電流検出センサ４６によって検出される発電電力と、系統電圧検出センサ６８Ａ、６８Ｂによって検出する系統電圧に基づいて、インバータ回路２２に設けているスイッチング素子５４の駆動に用いるスイッチング信号のデューティ比（オンデューティ）を制御する。

また、コントローラ２６は、系統電圧検出センサ６８Ａ、６８Ｂによって検出する系統電圧の変化から、系統電圧の位相（ゼロクロス）に合わせてスイッチング信号を生成するようにしている。

図２に示すように、コントローラ２６には、ＰＷＭ理論に基づく正弦波信号を得るためのスイッチング信号を発生するスイッチング制御部７２が形成されている。

このスイッチング制御部７２には、予め設定している電流波形を生成するためのデータ（オン／オフ信号のパターン）を記憶するＲＯＭ７４（以下、記憶されているデータを「ＲＯＭデータ」という）、スイッチングコントロール部７６、目標電流設定部７８、補正部８０、信号生成部８２を含んでいる。

目標電流設定部７８は、発電電圧検出センサ４４及び発電電流検出センサ４６の検出値に基づいて、インバータ装置１４から出力する目標電流値を設定する。補正部８０は、ＲＯＭ７４からＲＯＭデータを読み出して、このＲＯＭデータと目標電流値に基づいてＲＯＭデータを補正し、信号生成部８２は、補正されたＲＯＭデータに基づいてスイッチング信号を生成する。

また、コントローラ２６には、駆動回路部８４が設けられており、この駆動回路部８４にスイッチング信号が入力されることにより、インバータ回路２２のスイッチング素子５４（５４Ｘａ、５４Ｘｂ、５４Ｙａ、５４Ｙｂ）が駆動される。

なお、信号生成部８２では、一例として例えば１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのスイッチング信号を生成して、このスイッチング信号によってスイッチング素子５４を駆動するようにしている。また、ＲＯＭデータは、正弦波などのように直流成分を含まない予め規定された電流波形に基づいて設定されている。

このとき、スイッチングコントロール部７６は、系統電圧検出センサ６８Ａ、６８Ｂの検出値に基づいた位相及び系統電圧を信号生成部８２へ出力する。これにより、信号生成部８２は、ＲＯＭデータと商用電力系統１８（図１参照）の周波数ｆｓ（例えばｆｓ＝５０Ｈｚ）に対する位相及び系統電圧に合わせたスイッチング信号を出力する。

また、信号生成部８２は、スイッチング素子５４の一つ（例えばスイッチング素子５４Ｘａ）の駆動に用いるスイッチング信号Ｘａ、このスイッチング信号Ｘａに対して位相を１８０°ずらしたスイッチング信号Ｙａを出力する。

駆動回路部８４は、このスイッチング信号Ｘａ、Ｙａと共に、インバータ８６によってスイッチング信号Ｘａ、Ｙａのそれぞれを反転させたスイッチング信号Ｘｂ、Ｙｂが入力される。駆動回路部８４は、このスイッチング信号Ｘａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂに基づいて、ブリッジ接続されたスイッチング素子５４（５４Ｘａ、５４Ｘｂ、５４Ｙａ、５４Ｙｂ）のそれぞれを駆動する。

これにより、インバータ回路２２から商用電力系統１８の周波数、位相及び電圧に合わせた交流電力が出力されるようにしている。

また、補正部８０には、出力電流検出センサ７０の検出値が入力されるようになっており、補正部８０は、この検出値と目標電流値に基づいて、ＲＯＭデータの補正を行う。

これにより、出力電流値が目標電流値となるようにスイッチング回路２２の出力が制御される。すなわち、スイッチング制御部７２では、出力電流のフィードバック制御を行うことにより、発電電力に基づいた出力電力が得られるようにしている。

また、目標電流設定部７８では、発電電力の変化に追従して目標電流（目標電流値）を更新するようになっており、これにより、発電ユニット１２の発電電力が定格電力に満たないときにも、出力効率が最も高くなるようにしている（最大電力追従制御：ＭＰＰＴ制御）。

なお、補正部８０では、出力電流検出センサ７０によって検出する出力電流を積算するなどしてインバータ回路２２の出力に直流成分が含まれているか否かを判定し、出力電流に直流成分が含まれているときには、この直流成分を除去するようにＲＯＭデータの補正を合わせて行うようにしても良い。

また、このようなＰＷＭ制御は、従来公知の方法を適用しており、ここでは詳細な説明を省略する。

一方、図１に示すように、コントローラ２６には、解列コンダクタ６４が接続しており、コントローラ２６は、太陽電池１６（発電ユニット１２）による発電電力が少ないか発電されていないときには、インバータ装置１４を停止させると共に、解列コンダクタ６４によってインバータ装置１４を商用電力系統１８から切り離す。

また、コントローラ２６は、発電ユニット１２での発電電力が所定値を越えて、インバータ装置１４を作動させるときには、解列コンダクタ６４を閉じてインバータ装置１４を商用電力系統１８へ接続するようにしている。

また、コントローラ２６は、系統電圧検出センサ６８Ａ、６８Ｂを用いて商用電力系統１８の電圧上昇、電圧下降、周波数上昇、周波数低下を検出すると、解列コンダクタ６４を開いて、インバータ装置１４を商用電力系統１８から切り離す系統連系保護を行うようになっている。なお、コントローラ２６には、系統連系保護を行うために予め設定されている整定値が記憶されており、この整定値に基づいて系統連系保護を行うようにしている。

一方、コントローラ２６に設けているスイッチングコントロール部７６では、系統電圧検出センサ６８Ａ、６８Ｂによって系統電圧を監視して、系統電圧に上昇が生じると、出力電流の目標値である目標電流値を下げるようにしている。

これにより、インバータ装置１４から商用電力系統１８へ出力電力が徐々に絞られるようにしている。

また、スイッチングコントロール部７６では、目標電流設定部７８で設定する目標電流値が予め設定した所定値より低下すると、信号生成部８２からのスイッチング信号の出力を停止する。すなわち、スイッチング制御部７２では、出力電力が予め設定した電力よりも下がったときに、スイッチング信号を停止することにより、出力電力が零となるようにしている。

以下に、本実施の形態の作用を説明する。なお、ＲＯＭ７４には、スイッチング信号の１周期分のＲＯＭデータとして、例えば、７２０個のデータを記憶しており、スイッチング信号の周期に合わせたタイミングで読み出される。これにより、スイッチング信号の周期を１１ｋＨｚ、商用電力系統１８の電源周波数ｆｓを５０Ｈｚでは、１周期について２２０個のデータが読み出されて順にスイッチング信号が生成される。

コントローラ２６は、発電ユニット１２の発電電力が所定値を越えると、解列コンダクタ６４を閉じると共に、インバータ装置１４の作動を開始する。これにより、発電ユニット１２の発電電力が、商用電力系統１８の系統電圧、周波数及び位相に応じた交流電力に生成され、この交流電力が商用電力系統１８へ回生される。

このときに、スイッチング制御部７２では、発電電力に基づいて出力電流の目標値を設定し、設定した目標値の電流が出力されるようにスイッチング素子５４の駆動（スイッチング）を制御する。すなわち、発電電力に基づいて出力電力の目標値を設定し、目標とする出力電力が得られるようにスイッチング回路２２を作動させることにより、効率的な電力変換が行われるようにしている。

ところで、太陽光発電装置１０に設けているコントローラ２６は、商用電力系統１８の系統電圧に対する整定値が設定されており、系統電圧が上昇して整定値に達すると、インバータ装置１４を停止させると共に、解列コンダクタ６４を開いて、発電電力の回生を停止する。

また、コントローラ２６に設けているスイッチング制御部７２では、スイッチングコントロール部７６が、系統電圧検出センサ６８Ａ、６８Ｂ（以下、系統電圧検出センサ６８とする）によって系統電圧の上昇を検出すると、インバータ装置１４の出力電力を絞るように、出力電流の目標値を低下させる。また、スイッチング制御部７２では、出力電流の目標値を下げることにより出力電力を所定値まで絞ったにもかかわらず、系統電圧に上昇が生じたときには、スイッチング素子５４の駆動を停止することにより、発電電力の回生を停止するようにしている。

これにより、コントローラ２６は、解列コンダクタ６４を開くことなくインバータ装置１４の出力電力が起因する系統電圧の上昇を抑えるようにしている。

ここで、図３及び図４を参照しながらスイッチング制御部７２での制御の概略を説明する。なお、ここでは、インバータ装置１４の出力電力を所定値まで低下させたときにスイッチング素子５４の駆動を停止するようにしており、この出力電力に基づいて、出力電流の目標値Ｉ_Sの下限値（目標値Ｉ_T）を設定している。例えば、インバータ装置１４の出力電力の下限を１００Ｗとしたときには、このときの出力電流の目標値Ｉ_Tを０.５Ａ（Ｉ_T＝０.５Ａ）とすることができる。

また、スイッチング制御部７２では、発電電力に基づいて出力電流の目標値（以下、「目標値Ｉａ」とする）を設定し、通常は、この目標値Ｉａがスイッチング素子５４を駆動するときの出力電流の目標値（以下、「目標値Ｉ_S」とする）に設定するようにし、この目標値Ｉ_Sが、次に更新されるまで記憶される。

図３に示すフローチャートは、発電電力に基づいた目標値Ｉａの設定及び、この目標値Ｉａを目標値Ｉ_Sとしたスイッチング信号に基づいたスイッチング素子５４のＰＷＭ制御と並行して、所定の時間間隔で実行され、最初のステップ１００では、系統電圧検出センサ６８（６８Ａ、６８Ｂ）によって検出した系統電圧に上昇が生じているか否かを確認する。

なお、この系統電圧の上昇は、例えば、所定のサンプリング間隔で系統電圧を検出し、前回の系統電圧に対して、今回の系統電圧に上昇が生じているか否かを判断する。また、今回、検出（サンプリング）した系統電圧を記憶して、次の系統電圧の確認に用いる。また、系統電圧の上昇判定は、これに限らず、任意の判断方法を適用することができる。

ここで、系統電圧の上昇が検出されると、ステップ１００で肯定判定されて、出力電力の制御が開始される。

この出力電力の制御は、先ず、ステップ１０２で、目標値Ｉ_Sを読み込んで、この目標値Ｉ_Sを所定量だけ減少させた目標値（以下、「目標値Ｉ_SD」とする）を設定する。

次のステップ１０４では、設定した目標値Ｉ_SDが出力電流の目標値Ｉ_Sの下限値である目標値Ｉ_T（図３では所定値Ｉ_T）に達したか否か、すなわち、目標値Ｉ_SDが目標値Ｉ_Tよりも下がった（Ｉ_SD≦Ｉ_T）か否かを確認する。

このときに、目標値Ｉ_SDが目標値Ｉ_Tを越えていれば（Ｉ_SD＞Ｉ_T）、ステップ１０４で否定判定してステップ１０６へ移行する。このステップ１０６では、設定した目標値Ｉ_SDを目標値Ｉ_Sに設定する。

これにより、インバータ装置１４は、出力電流が目標値Ｉ_Sとなるように制御され、出力電力が絞られる。

次のステップ１０８では、出力電力を絞った後の系統電圧を読み込んで、系統電圧に上昇が生じているか否かを確認し、系統電圧に上昇が生じているときには、ステップ１０８で肯定判定してステップ１０２へ戻り、さらに、出力電流の目標値Ｉ_Sの絞り込みを行う。

なお、出力電流の絞り込みを行っている途中で、系統電圧の上昇が停止し、ステップ１０８で否定判定されたときには、ステップ１１０へ移行し、前回の目標値Ｉ_Sを所定量だけ増加させた目標値（以下、「目標値Ｉ_SU」とする）を設定し、ステップ１１２でこの目標値Ｉ_SUが、発電電力に基づいて設定した目標値Ｉａに達している（Ｉ_SU≧Ｉａ）か否かを確認し、目標値Ｉ_SUが目標値Ｉａに満たないときには、ステップ１１２で否定判定してステップ１１４へ移行し、目標値Ｉ_SUを目標値Ｉ_Sに設定することにより出力電流を増加させる。

また、このようにして目標値Ｉ_Sを増加させることにより、目標値Ｉ_SUが目標値Ｉａに達すると（Ｉ_SU≧Ｉａ）、ステップ１１２で肯定判定してステップ１１６へ移行し、目標値Ｉａを目標値Ｉ_Sに設定し、系統電圧の上昇に対するインバータ装置１４の出力制御を終了する。

これに対して、出力電流の目標値を減少させ（絞り込む）、出力電力を絞り込んでも、系統電圧の上昇が停止せず、目標値Ｉ_SDが出力電流の下限値である目標値Ｉ_Tに達すると（Ｉ_SD≦Ｉ_T）、ステップ１０４で肯定判定されてステップ１１８へ移行する。

このステップ１１８では、信号生成部８２からのスイッチング信号の出力を停止する。すなわち、インバータ回路２２のスイッチング素子５４の駆動を停止する。

これにより、解列コンダクタ６４が閉じられた状態でインバータ装置１４からの発電電力の出力が停止する。すなわち、出力電力が０Ｗとなる。

例えば、太陽光発電装置１０の定格出力が４ｋＷの時に、出力電力を１００Ｗまで絞ると、出力電流検出センサ７０の検出値は１／４０となる。このために、検出誤差が僅かであっても高精度の出力制御は困難であり、所望の出力が得られなくなり、出力電力を０Ｗ（出力電流の目標値を零）まで絞り込むことができず、系統電圧の上昇が抑えられなくなる。

このときに、出力電流の目標値が予め設定している下限値に達するまで、出力電力を絞り込んでも系統電圧の上昇が止まらないときには、インバータ装置１４からの出力が停止される。

これにより、インバータ装置１４から出力する電力が起因する系統電圧の上昇を確実に防止することができる。

一方、図３のフローチャートでは、ステップ１１８でスイッチングを停止すると、ステップ１２０では、系統電圧に上昇が生じているか否かを確認する。また、ステップ１２２では、系統電圧の上昇が停止してから所定時間（例えば５秒〜２０秒程度）が経過したか否かを確認する。

これにより、系統電圧の上昇が停止してステップ１２０で肯定判定されてから、所定時間が経過してステップ１２２で肯定判定されると、ステップ１２４へ移行し、インバータ装置１４の再スタートを開始する。

なお、再スタートの開始は、系統電圧の上昇が止まると共に、スイッチングを停止してからの経過時間が所定時間（例えば５秒から２０秒程度）に達することにより行われるものであっても良い。

図４には、再スタート処理の一例を示しており、このフローチャートでは、最初のステップ１３０で出力電流の目標値Ｉ_Sを下限値（例えば、目標値Ｉ_T）に設定する。

これにより、インバータ装置１４では、この目標値Ｉ_Sが得られるようにスイッチング素子５４のスイッチングが開始され、目標値Ｉ_S（目標値Ｉ_T）に応じた電力が商用電力系統１８へ出力される。

この後、ステップ１３２では、系統電圧に上昇が生じたかを確認する。ここで、系統電圧に上昇が生じたときには、ステップ１３２で肯定判定し、再スタート処理を終了して、例えば、図３のステップ１０２へ移行し、出力電流（出力電力）の絞り込みを開始するか、スイッチングを停止する。

このように、系統電圧の上昇が生じる間は、スイッチング素子５４の駆動を停止する。このとき、解列コンダクタ６４を開くようにすると、解列コンダクタ６４の開閉が頻繁に繰り返されて、解列コンダクタ６４の耐久性などに影響を及ぼす可能性が生じる。

これに対して、本実施の形態に適用したインバータ装置１４では、解列コンダクタ６４を開かずにスイッチング素子５４の駆動を停止するのみとしているので、解列コンダクタ６４に耐久性の低下を生じさせてしまうことがないと共に、解列コンダクタ６４の開閉動作が騒音として感じられてしまうのを確実に防止することができる。

一方、系統電圧に上昇が生じていなければ、ステップ１３２で否定判定してステップ１３４へ移行する。このステップ１３４では、前回の目標値Ｉ_Sを所定量だけ増加させた目標値Ｉ_SUを設定し、次のステップ１３６では、設定した目標値Ｉ_SUが、発電電力に基づいた目標値Ｉａに達しているかを確認する。このときに、目標値Ｉ_SUが目標値Ｉａに満たないとき（Ｉ_SU＜Ｉａ）には、ステップ１３６で否定判定してステップ１３８へ移行する。

このステップ１３８では、目標値Ｉ_SUを目標値Ｉ_Sに設定する。これにより、増加された目標値Ｉ_Sとなるようにスイッチング素子５４のスイッチングが開始され、出力電力が増加される。すなわち、出力電流が目標値Ｉａとなるように徐々に増加され、これに伴ってインバータ装置１４の出力電力が増加される。

このようにして出力電力を増加し、目標値Ｉ_SUが目標値Ｉａに達する（Ｉ_SU≧Ｉａ）と、ステップ１３６で肯定判定してステップ１４０へ移行する。このステップ１４０では、発電電力に基づいた目標値Ｉａを出力電流の目標値Ｉ_Sに設定して、再スタート処理を終了する。

なお、以上説明した本実施の形態は、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。

例えば、本実施の形態では、インバータ装置１４の出力電力が１００Ｗ以下となるときに、スイッチング素子５４のスイッチングを停止するようにしたが、スイッチング素子５４の停止条件は、これに限るものではなく、１００Ｗ以下の任意の値であっても良く、また、太陽光発電装置１０の定格出力の１／４０などの定格出力に基づいて設定しても良い。さらに、出力電力又は出力電流の下限値は、発電電流検出センサ７０の感度（ゲイン）や検出値の補償範囲、検出精度などに基づいて設定されることがより好ましい。

また、本実施の形態では、出力電流の目標値Ｉ_Sを段階的に増加させたり減少させるようにしているが、そのときの増減量は、任意に設定されたものであってよく、このときには、系統電圧のサンプリング間隔や、出力電流又は出力電力の収束率や増加率の設定などに基づいたものであっても良い。

さらに、本実施の形態では、太陽光発電装置１０を例に説明したが、本発明は任意の構成の太陽光発電装置に適用することができる。また、本発明は、太陽電池１６に限らず、任意の構成の発電装置に設けられて商用電力系統１８に接続される系統連系用のインバータ装置に適用することができる。

本実施の形態に適用した太陽光発電装置の概略構成図である。スイッチング制御部の概略構成を示す機能ブロック図である。系統電圧に基づいた出力電力の制御の一例を示す流れ図である。再スタータ処理の一例を示す流れ図である。

符号の説明

１０太陽光発電装置
１２発電ユニット
１４インバータ装置（系統連系用インバータ装置）
１８商用電力系統（系統電源）
２０昇圧回路
２２インバータ回路
２６コントローラ
４０スイッチング素子（昇圧素子）
４４発電電圧検出センサ
４６発電電流検出センサ
５４スイッチング素子
６４解列コンダクタ
６８（６８Ａ、６８Ｂ）系統電圧検出センサ（系統電圧検出手段）
７０出力電流検出センサ（出力電流検出手段）
７２スイッチング制御部
７６スイッチングコントロール部（出力制限手段、停止手段、遅延手段）
７８目標電流設定部
８０補正部
８２信号生成部

Claims

直流電力を系統電源の周波数、位相及び系統電圧に合わせた交流電力に変換して系統電源へ回生する系統連系用インバータ装置であって、
スイッチング信号に基づいて駆動されることにより前記直流電力を前記交流電力に変換するスイッチング素子が設けられたインバータ回路と、
前記系統電源の系統電圧を検出する系統電圧検出手段と、
前記インバータ回路の出力電流を検出する出力電流検出手段と、
前記直流電力に基づいて前記インバータ回路の出力電流の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記出力電流の目標値を前記出力電流検出手段の検出値に基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記出力電流の目標値に基づいて前記スイッチング素子を駆動する前記スイッチング信号を生成する信号生成手段と、
前記系統電圧検出手段によって前記系統電圧の上昇を検出したときに前記信号生成手段が前記スイッチング信号の生成に用いる前記目標値を低下させる出力制限手段と、
前記出力制限手段によって減少された前記目標値が所定値に達したときに前記スイッチング素子の駆動を停止することにより出力電力の回生を停止する停止手段と、
を含むことを特徴とする系統連系用インバータ装置。
前記信号生成手段が前記スイッチング信号を生成する出力電流の目標値を前記所定値に設定して前記スイッチング素子の駆動を開始すると共に、前記目標値を前記目標値設定手段によって設定された目標値まで増加させる再起動手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の系統連系用インバータ装置。
前記停止手段による前記スイッチング素子の駆動停止後、所定時間経過してから前記再起動手段を作動させる遅延手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の系統連系用インバータ装置。
前記インバータ回路と前記系統電源の間に設けられた解列コンダクタを含み、
前記停止手段による前記スイッチング素子の駆動の停止時に、前記解列コンダクタを閉じていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の系統連系インバータ装置。
前記インバータ回路が、前記スイッチング素子の単相ブリッジ接続により形成されていることを特徴とする請求項1から請求項４の何れか１項に記載の系統連系用インバータ装置。
前記所定値を前記出力電流検出手段の検出能力に基づいて設定していることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の系統連系用インバータ装置。