JP4583283B2 - 系統連系用インバータとその制御方法並びに連系運転システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池等の直流電源から得られる直流電力をインバータにおいて交流電力に変換する系統連系用インバータに係り、特に直流電源への逆充電状態を防止する系統連系用インバータに関する。

一般に、太陽電池発電装置や燃料電池発電装置においては、太陽電池や燃料電池から得られる直流電力を系統連系用インバータにより交流電力に変換して用いる。より具体的には、系統連系用インバータは、太陽電池等の直流電源からの直流電力をインバータブリッジにおいて交流電力に変換し、フィルタを介して電力系統に接続されているものである。

このような系統連系用インバータでは、インバータブリッジの電力系統側に設置された遮断器により系統との連系、切り離しが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２５５１３２号公報

ところで、系統連系用インバータに設けられた遮断器は長期間動作をさせないことがあるため、上記のような構成の系統連系用インバータにおいては、遮断器が故障して開くことができなることがあった。このような場合、遮断器の開指令と遮断器状態信号とが不一致となるから、インバータでは遮断器が故障したものと判断して、逆変換動作を停止してしまっていた。一方で、系統連系用インバータは、電力系統とインバータが遮断器を通じて導通のある状態のまま、逆変換動作を停止するため、インバータブリッジ内部のスイッチング素子と平行に取り付けられたダイオードを通じて、整流された直流電圧が直流電源に印加される状態となる。

このように、直流電源に対して、非発電状態または発電電圧の低い状態のまま発電電圧以上の電圧が印加されることとなると、直流電源は逆充電状態となり、内部の電極や触媒などが分解されることとなる。そのため、直流電源の特性が低下したり、寿命が短くなったりするという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するもので、その目的は、遮断器が故障により開かない場合に、遮断器が故障であることを正確に検知し、直流電源への逆充電状態を防止する系統連系用インバータ及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、太陽電池や燃料電池等の直流電源から得られる直流電力をインバータにおいて交流電力に変換し、遮断器を介して電力系統に連系する系統連系用インバータにおいて、前記遮断器の前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれに設けられ、前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、前記遮断器を開く際に、前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれの電圧を比較することにより前記遮断器の状態を判定する手段と、を備えたことを特徴とする。特に、前記遮断器の状態を判定する手段は、遮断器の故障判断を直流電源による連系運転中に実施し、故障が判明した場合は直流電源による連系運転を継続し、電力系統から直流電源への逆充電を防止することを特徴とする。また、このような系統連系用インバータを有する連系運転システムも本発明の一態様である。

以上の構成からなる本発明では、遮断器の電力系統側とインバータ側に電圧検出手段を設け、遮断器開動作を実行する際に、電力系統側とインバータ側のそれぞれの電圧を比較することにより、遮断器が故障しているか否かを判断することが可能である。さらに、遮断器の故障により開くことができない場合に、系統連系用インバータが逆変換動作を継続することによって、遮断器動作指令と実際の遮断器状態信号との不一致の発生を回避できるので、直流電源も発電を停止しない。その結果、遮断器を通じて電力系統の電圧が直流電源へ印加される逆充電状態を防止でき、直流電源の特性低下や、寿命の低下を防止することができる。

次に、本発明の系統連系用インバータを実施するための最良の実施形態（以下「本実施形態」と呼ぶ）について図を参照して説明する。なお、背景技術や課題で既に説明した内容と共通の前提事項は繰り返さない。

［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る系統連系用インバータの構成を示すブロック図である。図１において、直流電源１は、インバータブリッジ２の直流側に接続されている。インバータブリッジ２により変換された交流電力は、リアクトル及びコンデンサ等からなるフィルタ３ａと、系統電圧へ調圧するためのトランス３ｂと、遮断器４を介して電力系統５に接続されている。

そして、遮断器４のインバータブリッジ２側及び電力系統５側には、それぞれ電圧検出手段６，７が取り付けられている。また、この遮断器４には、インバータ制御装置８からの遮断器の開閉動作指令Ｘが入力され、遮断器４からインバータ制御装置８へは遮断器開閉状態を示す信号Ｙを出力するように構成されている。

また、インバータ制御装置８は、外部のプラント制御装置９からインバータの運転モード変更指令Ｚを受けて、インバータブリッジ２へ変換動作を実行させるゲート信号Ｇを制御するように構成されている。また、上記の通り、遮断器の開閉動作指令Ｘを発令し、また、遮断器４から遮断器の開閉状態を示す信号Ｙを受け入れて、遮断器４の開閉を制御するように構成されている。

［作用効果］
以上のような構成からなる本実施形態の作用について、図２のフローチャートを参照して説明する。プラント制御装置９からのインバータ運転モード変更指令Ｚに基づいて、インバータ制御装置８は、遮断器の開指令Ｘを発令し、これによってインバータが電力系統５を切り離すために遮断器４を開く動作に入るが（Ｓ２０２）、その前提として、インバータブリッジ２への変換動作を実行させるゲート信号Ｇを一旦停止し（Ｓ２０１）、インバータブリッジ２の出力を無電圧状態とする。

そうすると、インバータ制御装置８から遮断器４へ開閉動作指令Ｘが入力され、遮断器が開動作を開始する（Ｓ２０３）。次に、インバータ制御装置８の制御に基づいて電圧検出手段６及び７が、遮断器４の電力系統５側とインバータブリッジ２側の電圧とを検出する。これに基づいてインバータ制御装置８は、電力系統５側とインバータブリッジ２側の電圧とを比較する（Ｓ２０４）。この時、「インバータブリッジ側電圧＜系統側電圧」となれば（ＹＥＳ）、インバータ制御装置８は遮断器４が正常に開いていると判断し（Ｓ２０５）、遮断器の開動作を継続させて（Ｓ２０６）、処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、「インバータブリッジ側電圧＝系統側電圧」となれば（ＮＯ）、インバータ制御装置８は遮断器４が故障により開かないと判断し（Ｓ２０７）、遮断器４の開動作を中止させ、再びゲート信号Ｇを出力して、遮断器４を閉じたままインバータの逆変換動作を継続する（Ｓ２０８）。また、同時に外部へ遮断器故障の警報を発して（Ｓ２０９）処理を終了する（ＥＮＤ）。

以上のように作用する本実施形態によれば、遮断器４の電力系統５側とインバータブリッジ２側に電圧検出手段６，７を設け、インバータ制御装置８により、遮断器４に開動作を実行させる際に、電力系統５側とインバータブリッジ２側の電圧を比較することにより、遮断器４が故障しているか否かを判断することが可能となる。そして、遮断器４の故障により開くことができない場合に、再びゲート信号Ｇを出力して、遮断器４を閉じたままインバータの逆変換動作を継続することによって、遮断器動作指令Ｘと実際の遮断器状態信号Ｙの不一致の発生を回避できるので、直流電源１も発電を停止しない。その結果、遮断器４を通じて電力系統５の電圧が直流電源１へ印加される逆充電状態を防止でき、直流電源１の特性低下や、寿命の低下を防止することができる。

［第２の実施形態］
［構成］
図３は、本発明の第２の実施形態に係るインバータのブロック図である。図３において、遮断器４のインバータブリッジ２側には、電流検出手段１０と模擬負荷投入遮断器１１と模擬負荷１２が設けられている。インバータ制御装置８が、遮断器４の開指令を行った際に、この模擬負荷投入遮断器１１を閉じて模擬負荷１２に電流が流れるか否かを検出することによって、遮断器４が故障しているか否かを判定するように構成されている。なお、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

［作用効果］
以上のような構成からなる本実施形態の作用について、図４のフローチャートを参照して説明する。プラント制御装置９からのインバータ運転モード変更指令Ｚにより、インバータ制御装置８は、遮断器４に対して開指令を発令すると、インバータが電力系統５を切り離すために、遮断器４を開く動作に入るが（Ｓ４０２）、その前提として、インバータ制御装置８は、ゲート信号Ｇを一旦停止し（Ｓ４０１）、インバータブリッジ２の出力を無電圧状態とする。

次に、インバータ制御装置８から遮断器４へ開閉動作指令Ｘが入力され、遮断器が開動作を開始する（Ｓ４０３）。インバータ制御装置８は、同時に模擬負荷投入遮断器１１を閉じて（Ｓ４０４）、模擬負荷１２を接続させる。

次に、インバータ制御装置８の制御に基づいて電流検出手段１０が模擬負荷１２に流れる電流を検出するが、電流が検出されない場合には（ＹＥＳ）、インバータ制御装置８は遮断器４が正常に開いていると判断し（Ｓ４０５）、遮断器の開動作を継続させ（Ｓ４０６）、処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、電流検出手段１０が模擬負荷１２に電流を検出した場合は（ＮＯ）、インバータ制御装置８は、この電流値から遮断器４が故障していると判断し（Ｓ４０７）、この場合は模擬負荷投入遮断器１１を開くと同時に、再びゲート信号Ｇを出力して、遮断器を閉じたままインバータの逆変換動作を継続させる（Ｓ４０８）。また、同時に外部へ遮断器故障の警報を発して（Ｓ４０９）、処理を終了する（ＥＮＤ）。

以上のように作用する本実施形態によれば、インバータブリッジ２側に、電流検出手段１０と模擬負荷投入遮断器１１と模擬負荷１２を設け、インバータ制御装置８が遮断器４に開動作発令する際に、この模擬負荷投入遮断器１１を閉じて電流検出手段１０により模擬負荷１２に電流が流れるか否かを検出することにより、インバータ制御装置８が遮断器４が故障しているか否かを判断することが可能となる。そして、インバータ制御装置８が遮断器４は故障により開くことができないと判定した場合には、逆変換動作を継続させることによって、遮断器動作指令Ｘと遮断器状態信号Ｙの不一致発生を回避できるので、直流電源１も発電を停止することはない。その結果、遮断器４を通じて電力系統５の電圧が直流電源１へ印加される逆充電状態を防止でき、直流電源１の特性低下や、寿命の低下を防止することができる。

［第３の実施形態］
［構成］
図５は、本発明の第３の実施形態に係るインバータのブロック図である。本実施形態におけるインバータは、第１の実施形態におけるインバータにおいて、直流電源１とインバータブリッジ２の間に直流遮断器１３を設けて構成したものである。なお、他の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

［作用効果］
以上のような構成からなる本実施形態では、プラント制御装置９からのインバータ運転モード変更指令Ｚにより、インバータ制御装置８が、電力系統５を切り離すために、遮断器４に対して開指令を発令し、これに基づいて遮断器４が開動作に入る際、上記第１の実施形態と同様の処理にて遮断器４の故障判断を行う（図２参照）。

これに基づいて、インバータ制御装置８が遮断器４は故障していないと判断した場合は、インバータ制御装置８は、直流遮断器１３を開とし、電力系統５の切り離し動作を継続させる。一方、インバータ制御装置８が遮断器４は故障で開くことができないと判断した場合には、遮断器動作指令Ｘと遮断器状態信号Ｙが不一致となるため、インバータ制御装置８は、逆変換動作を停止させ、同時に直流電源１も発電を停止する。

以上のように作用する本実施形態によれば、遮断器４が故障により開くことができない場合に、直流遮断器１３を開き、直流電源１とインバータを切り離すことができる。したがって、遮断器４を通じて電力系統５の電圧が直流電源１へ印加される逆充電状態を防止でき、直流電源１の特性低下や、寿命の低下を防止することができる。

［第４の実施形態］
［構成］
図６は、本発明の第４の実施形態に係るインバータのブロック図である。本実施形態におけるインバータは、第２の実施形態におけるインバータにおいて、直流電源１とインバータブリッジ２の間に直流遮断器１３を設けて構成したものである。なお、他の構成は、第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。

［作用効果］
以上のような構成からなる本実施形態では、プラント制御装置９からのインバータ運転モード変更指令Ｚにより、インバータ制御装置８が、電力系統５を切り離すために、遮断器４に対して開指令を発令し、これに基づいて遮断器４が開動作に入る際、上記第２の実施形態と同様の処理にて遮断器４の故障判断を行う（図４参照）。

これに基づいて、インバータ制御装置８が遮断器４は故障していないと判断した場合は、インバータ制御装置８は、直流遮断器１３を開とし、電力系統５の切り離し動作を継続させる。一方、インバータ制御装置８が遮断器４は故障で開くことができないと判断した場合には、遮断器動作指令Ｘと遮断器状態信号Ｙが不一致となるため、インバータ制御装置８は、逆変換動作を停止させ、同時に直流電源１も発電を停止する。

以上のように作用する本実施形態によれば、遮断器４が故障により開くことができない場合に、直流遮断器１３を開き、直流電源１とインバータを切り離すことができる。その結果、遮断器４を通じて電力系統５の電圧が直流電源１へ印加される逆充電状態を防止でき、直流電源１の特性低下や、寿命の低下を防止することができる。

本発明の第１の実施形態における系統連系用インバータの構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態における作用を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態における系統連系用インバータの構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態における作用を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態における系統連系用インバータの構成を示すブロック図。 本発明の第４の実施形態における系統連系用インバータの構成を示すブロック図。

符号の説明

１…直流電源
２…インバータブリッジ
３ａ…フィルタ
３ｂ…トランス
４…遮断器
５…電力系統
６，７…電圧検出手段
８…インバータ制御装置
９…プラント制御装置
１０…電流検出手段
１１…模擬負荷投入遮断器
１２…模擬負荷
１３…直流遮断器
Ｇ…ゲート信号
Ｘ…遮断器動作指令
Ｙ…遮断器状態信号
Ｚ…インバータ運転モード変更指令

Claims (5)

1. 直流電源から得られる直流電力をインバータにおいて交流電力に変換し、遮断器を介して電力系統に連系する系統連系用インバータにおいて、
   前記遮断器の前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれに設けられ、前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記遮断器を開く際に、前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれの電圧を比較することにより前記遮断器の状態を判定する手段と、を備え
   前記遮断器の状態を判定する手段は、遮断器の故障判断を直流電源による連系運転中に実施し、故障が判明した場合は直流電源による連系運転を継続し、電力系統から直流電源への逆充電を防止することを特徴とする系統連系用インバータ。
2. 直流電源から得られる直流電力をインバータにおいて交流電力に変換し、遮断器を介して電力系統に連系する系統連系用インバータにおいて、
   前記遮断器の前記インバータ側には、模擬抵抗と、前記遮断器を開く際に閉じるように制御される模擬抵抗投入遮断器とが設けられ、
   前記模擬抵抗近傍には、模擬抵抗に流れる電流を検出する電流検出手段が設けられ、
   前記遮断器を開く際に、前記電流検出手段により前記模擬抵抗に電流が流れているか否かに基づいて前記遮断器の状態を判定する手段を備え、
   前記遮断器の状態を判定する手段は、遮断器の故障判断を直流電源による連系運転中に実施し、故障が判明した場合は直流電源による連系運転を継続し、電力系統から直流電源への逆充電を防止することを特徴とする系統連系用インバータ。
3. 太陽電池または燃料電池からなる直流電源から得られる直流電力をインバータにおいて交流電力に変換し、遮断器を介して電力系統に連系する系統連系用インバータを有する直流電源と電力系統との連系運転システムにおいて、
   前記遮断器の前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれに設けられ、前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記遮断器を開く際に、前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれの電圧を比較することにより前記遮断器の状態を判定する手段と、を備え
   前記遮断器の状態を判定する手段は、遮断器の故障判断を直流電源による連系運転中に実施し、故障が判明した場合は直流電源による連系運転を継続し、電力系統から直流電源への逆充電を防止することを特徴とする連系運転システム。
4. 直流電源から得られる直流電力をインバータにおいて交流電力に変換し、遮断器を介して電力系統に連系する処理を制御部の制御により行う系統連系用インバータの制御方法において、
   前記制御部は、
   前記遮断器を開閉する処理と、
   前記遮断器の前記電力系統側と前記インバータ側において、それぞれの側における電圧を検出する処理と、
   前記遮断器を開く際に、前記電力系統側と前記インバータ側のそれぞれの電圧を比較することにより前記遮断器の状態を判定する処理と、を実行し、
   前記遮断器の状態を判定する処理として、遮断器の故障判断を直流電源による連系運転中に実施し、故障が判明した場合は直流電源による連系運転を継続し、電力系統から直流電源への逆充電を防止する処理を実行することを特徴とする系統連系用インバータの制御方法。
5. 直流電源から得られる直流電力をインバータにおいて交流電力に変換し、遮断器を介して電力系統に連系する処理を制御部の制御により行う系統連系用インバータの制御方法において、
   前記制御部は、前記遮断器の前記インバータ側に設けられた模擬抵抗と前記遮断器を開く際に閉じるように制御される模擬抵抗投入遮断器とを用いて、
   前記遮断器を開閉する処理と、
   前記模擬抵抗近傍において模擬抵抗に流れる電流を検出する電流検出処理と、
   前記遮断器を開く際に、前記模擬抵抗に電流が流れているか否かを検出する処理と、
   前記検出結果に基づいて前記遮断器の状態を判定する処理と、を実行し、
   前記遮断器の状態を判定する処理として、遮断器の故障判断を直流電源による連系運転中に実施し、故障が判明した場合は直流電源による連系運転を継続し、電力系統から直流電源への逆充電を防止する処理を実行することを特徴とする系統連系用インバータの制御方法。

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