JP4983471B2

JP4983471B2 - 系統連系インバータ装置

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Publication number: JP4983471B2
Application number: JP2007206539A
Authority: JP
Inventors: 裕章加来
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: JP2009044839A

Description

本発明は、商用電力系統と系統連系インバータ装置の連系において、系統連系インバータ装置のインバータ回路が単独運転することを防止する系統連系インバータ装置に関するものである。

この種の系統連系インバータ装置では、事故または工事等の目的で商用電力系統の開閉器が開放された場合（停電状態）、インバータ回路と商用電力系統との連系点の電圧をもとに、系統電圧異常、周波数異常検出を行い、インバータ回路を商用電力系統から切り離すような構成となっている。

ところが、インバータ回路の出力電力と負荷の消費電力との間で有効電力と無効電力とが平衡している場合、商用電力系統の開閉器を開放してもインバータ回路はそのまま運転を維持し、負荷に電力を供給し続けることがある。これを単独運転状態と呼び、商用電力系統の保安・保守に際して感電等の不測の事態を招くおそれがある。

そこで、このような単独運転状態を検出し、インバータ回路が単独運転するのを防止するものとして、例えば、下記特許文献１に示すものがある。

すなわち、下記特許文献１の図１においては、発振器２３からの出力を分周器２４および増幅器２５によって、一定周期の微小変動信号Δφに変換し、この信号を位相変動指令として出力電流位相調節回路３０に与えている。出力電流位相調節回路３０では出力電流基準値ｉunitと系統電圧Ｖｓとの位相差を、図示されない位相差検出回路にて検出し、この位相差を上記位相変動指令Δφに等しくなるように制御する位相調節器（図示なし）により、周波数変動指令信号Δｆを出力する。

この周波数変動指令信号Δｆに商用周波数信号ｆを加算し、出力電流基準正弦波の周波数指令ｆ^＊とする。この指令値は電圧／周波数変換器（Ｖ／Ｆ）１２により、周波数指令ｆ^＊に応じたクロック信号となる。

このクロック信号はアップ／ダウンカウンタ（Ｕ／Ｄ）１３、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）１４、正弦波ＲＯＭ１５およびディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１６などにより正弦波のｉunitとなるが、これには周波数指令が加算されているため、ｉunitは連系点電圧に対して位相の変動した正弦波信号となる。

このｉunitと、電圧調節器９から出力される電流振幅指令を、乗算器３２により掛け合わせたものがインバータ２の出力電流指令ｉ^＊となる。

この出力電流指令ｉ^＊と出力電流実際値（検出値）ｉとの偏差は電流調節器３３に与えられ、ここで上記偏差をなくすように所定の調節演算が行なわれることにより、出力電圧指令Ｖｉが得られる。

この出力電圧指令Ｖｉは、コンパレータ２０においてキャリア発生器１９からのキャリア信号と比較され、その比較結果に応じてゲート信号発生回路２１にてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号が生成され、インバータ２を構成するスイッチングデバイスのオン、オフ制御が行なわれることになる。

ところで、系統連系中はインバータ２は出力電流変動が生じるが、商用電力系統への影響はほとんどなく、連系点の電圧周波数は安定している。

これに対し、系統遮断後は連系点電圧は自らが発生している電圧となり、また連系点電圧と出力電流との位相差は負荷で決まる固定した関係となる。インバータ２は電流位相変動指令で与えられる電流を出力するため、指令する電流位相が発生できず、インバータ２はさらに出力電圧の周波数を大きく変化させることになる。このため、周波数／電圧変換器（Ｆ／Ｖ）２６、商用周波除去フィルタ２７、バンドパスフィルタ２８および判別回路２９を含む周波数変動検出回路によって、この周波数変動を検出し、単独運転状態を判別する。
特開平６−１１３４６７号公報

上記従来例では、単独運転状態を確実に検知するために、周波数変動指令信号Δｆを
大きなものとしているが、このようにすると、商用電力系統に対する歪みの発生や力率の低下が発生してしまうと言う課題があった。

そこで本発明は、商用電力系統に対する歪み発生や、力率の低下の発生を、抑制することを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために本発明は、
商用電力系統と連系する系統連系インバータ装置であって、
直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、
このインバータ回路の単独運転を防止する単独運転防止装置と、
を備え、
前記単独運転防止装置は、
前記インバータ回路と前記商用電力系統との連系点の電圧を検出する電圧検出部と、
この電圧検出部が検出する電圧をもとに前記商用電力系統が停止し、前記インバータ回路が単独運転状態になっていると判定する単独運転判定部と、
この単独運転判定部が単独運転状態と判定した時に前記インバータ回路と前記商用電力系統を切り離す系統連系保護部と、
前記インバータ回路の出力電流に変動を与える出力変動部と、を有し、
前記商用電力系統とインバータ回路から電力供給を受ける負荷の消費電力を検出する電力負荷検出部を設け、前記出力変動部は、前記電力負荷検出部が検出する電力負荷の大きさに応じて、前記インバータ回路の出力電流に与える変動の大きさを可変させ、
前記電力負荷検出部が検出する電力負荷の大きさに応じて決定した位相変動量で前記インバータ回路の出力電流の位相を変動させて、前記電圧検出部が検出する電圧、前記電圧検出部により検出された電圧をもとに電圧のゼロクロス点の時間間隔から周波数を検出する周波数検出部が検出する周波数、および、前記周波数検出部により検出された周波数をもとに単位時間当たりの周波数変動量を検出する周波数変動検出部が検出する周波数変動量のうちの少なくとも一つが、上限値以上、もしくは、下限値以下の場合に、前記インバータ回路が単独運転状態になっていると判定する構成とし、これにより初期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、商用電力系統と連系する系統連系インバータ装置であって、直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、このインバータ回路の単独運転を防止する単独運転防止装置とを備え、前記単独運転防止装置は、前記インバータ回路と前記商用電力系統との連系点の電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部が検出する電圧をもとに前記商用電力系統が停止し、前記インバータ回路が単独運転状態になっていると判定する単独運転判定部と、この単独運転判定部が単独運転状態と判定した時に前記インバータ回路と前記商用電力系統を切り離す系統連系保護部と、前記インバータ回路の出力電流に変動を与える出力変動部とを有し、前記商用電力系統とインバータ回路から電力供給を受ける負荷の消費電力を検出する電力負荷検出部を設け、前記出力変動部は、前記電力負荷検出部が検出する電力負荷の大きさに応じて、前記インバータ回路の出力電流に与える変動の大きさを可変させる構成としたものである。

つまり、インバータ回路の出力電流に、電力負荷に応じた単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能な最低限の出力変動を与えるものであるので、商用電力系統に対する歪み発生や、力率の低下の発生を、抑制することができる。

第１の発明は本発明の系統連系インバータ装置は、
商用電力系統と連系する系統連系インバータ装置であって、
直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、
このインバータ回路の単独運転を防止する単独運転防止装置と、
を備え、
前記単独運転防止装置は、
前記インバータ回路と前記商用電力系統との連系点の電圧を検出する電圧検出部と、
この電圧検出部が検出する電圧をもとに前記商用電力系統が停止し、前記インバータ回路が単独運転状態になっていると判定する単独運転判定部と、
この単独運転判定部が単独運転状態と判定した時に前記インバータ回路と前記商用電力系統を切り離す系統連系保護部と、
前記インバータ回路の出力電流に変動を与える出力変動部と、を有し、
前記商用電力系統とインバータ回路から電力供給を受ける負荷の消費電力を検出する電力負荷検出部を設け、前記出力変動部は、前記電力負荷検出部が検出する電力負荷の大きさに応じて、前記インバータ回路の出力電流に与える変動の大きさを可変させ、
前記電力負荷検出部が検出する電力負荷の大きさに応じて決定した位相変動量で前記インバータ回路の出力電流の位相を変動させて、前記電圧検出部が検出する電圧、前記電圧検出部により検出された電圧をもとに電圧のゼロクロス点の時間間隔から周波数を検出する周波数検出部が検出する周波数、および、前記周波数検出部により検出された周波数をもとに単位時間当たりの周波数変動量を検出する周波数変動検出部が検出する周波数変動量のうちの少なくとも一つが、上限値以上、もしくは、下限値以下の場合に、前記インバータ回路が単独運転状態になっていると判定する構成としたものである。

第２の発明は、特に、第１の発明の系統連系インバータ装置において、インバータ回路の出力電流を検出する出力電流検出部を備え、出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷が小さく、かつ、前記出力電流検出部が検出する出力電流が大きいほど前記インバータ回路の出力電流に与える変動を小さくすることにより、系統連系インバータの出力電流に、電力負荷と出力電流に応じた単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能な最低限の出力変動を与えることで、商用電力系統に対する歪み発生や、力率の低下の発生を、抑制することができる。

第３の発明は、特に、第１また２のいずれか１つの発明の系統連系インバータ装置において、出力変動部がインバータ回路の出力電流に与える変動の範囲を記憶する変動範囲記憶部を備え、前記出力変動部は前記変動範囲記憶部が記憶する変動範囲内で前記インバータ回路の出力電流に変動を与えることにより、出力変動は制限され、その結果として商用電力系統に対する歪み発生や、力率の低下の発生を、抑制することができる。

第４の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の系統連系インバータ装置において、出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷、出力電流検出部が検出する出力電流、目標出力電流決定部が決定する目標出力電流に応じて電圧検出部で検出される電圧に対してインバータ回路の出力電流の位相を進相または遅相させ、最低限の有効電力もしくは無効電力の変動を発生させることで、単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能となり、その結果として商用電力系統に対する歪み発生や、力率の低下の発生を、抑制することができる。

第５の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の系統連系インバータ装置において、出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷、出力電流検出部が検出する出力電流、目標出力電流決定部が決定する目標出力電流に応じてインバータ回路の出力電流の振幅を大きく、または小さくすることにより、最低限の有効電力の変動を発生させることで、単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能となり、系統と連系中において電圧の上昇を抑制しつつ、確実に単独運転を検出することができる。

第６の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の系統連系インバータ装置において、電圧検出部で検出される電圧より商用電力系統の周波数を検出する周波数検出部を備え、出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷、出力電流検出部が検出する出力電流、目標出力電流決定部が決定する目標出力電流に応じてインバータ回路の出力電流の周波数を上昇または低下させることにより、最低限の有効電力もしくは無効電力の変動を発生させることで、単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能となり、その結果として商用電力系統に対する歪み発生や、力率の低下の発生を、抑制することができる。

図１において、１０１は直流電力を供給する直流電源装置、１０２は電力を消費する負荷、１０３は負荷１０２へ電力を供給する商用電力系統、１０４は商用電力系統１０３の開閉器、１０５は商用電力系統１０３と連系し、負荷１０２へ電力を供給する系統連系インバータ装置である。

また、系統連系インバータ装置１０５は、直流電源装置１０１の直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路１０６と、インバータ回路１０６と商用電力系統１０３の並列および解列を行う解列用リレー１０７と、インバータ回路１０６の単独運転を防止する単独運転防止装置１０８とで構成されている。

ここで、単独運転防止装置１０８は、インバータ回路１０６と商用電力系統１０３の連系点の電圧を検出する電圧検出部である電圧センサ１０８ａと、電圧センサ１０８ａにより検出された電圧をもとに電圧のゼロクロス点の時間間隔から周波数を検出する周波数検出部１０８ｂと、この周波数検出部１０８ｂにより検出された周波数をもとに単位時間ｍｓ当たりの周波数変動量を検出する周波数変動検出部１０８ｃと、インバータ回路１０６が単独運転状態かどうか判定する単独運転判定部１０８ｄと、単独運転判定部１０８ｄが単独運転状態になっていると判定した場合に、解列用リレー１０７を解列させることでインバータ回路１０６と商用電力系統１０３とを切り離す系統連系保護部１０８ｅと、負荷へ流れる電流を検出する負荷電流センサ１０８ｆと、電圧センサ１０８ａで検出された電圧と負荷電流センサ１０８ｆで検出された負荷電流の積より電力負荷を算出する電力負荷検出部１０８ｇと、電力負荷検出部１０８ｇで検出される電力負荷をもとに、連系点の電圧に対してインバータ回路１０６の出力電流の位相を変動させる最大位相変動量の決定、および決定された最大位相変動量となるように周期Ｔの変動パターンで位相変動させる出力変動部１０８ｈと、出力変動部１０８ｈが位相変動させる最大位相変動量の最大値および最小値を記憶する変動範囲記憶部１０８ｉを備えている。

また、図２は、出力変動部１０８ｈがインバータ回路１０６の出力電流の位相を周期Ｔで変動させる変動パターンを示しており、（Ａ）および（−Ａ）は電力負荷検出部１０８ｇで検出される電力負荷に応じて決定される最大位相変動量である。

以上のように構成された系統連系インバータ装置について、以下その動作、作用を図１〜図３を用いて説明する。

先ず、単独運転防止装置１０８によるインバータ回路１０６の出力電流の変動方法について説明する。

単独運転防止装置１０８は、電圧センサ１０８ａで連系点の電圧を検出すると共に、負荷電流検出部１０８ｆで負荷へ流れる電流を検出し、電力負荷検出部１０８ｇにて、電圧センサ１０８ａで検出された電圧と負荷電流検出部１０８ｆで検出された電流の実効値の積をとることで、負荷１０２が消費する電力負荷を検出する（ＳＴＥＰ１０１〜１０３）。電力負荷検出後は、電力負荷検出部１０８ｇにより検出された電力負荷をもとに、出力変動部１０８ｈで、連系点における電圧に対してインバータ回路１０６の出力電流の位相を進相、または遅相させる最大位相変動量（本実施の形態においては、図２の変動パターンのＡ、−Ａ）を、変動範囲記憶部１０８ｉに記憶された最大値および最小値の範囲内で決定すると共に、決定された最大位相変動量をもとに周期Ｔの変動パターン（本実施の形態においては、図２の矩形波）でインバータ回路１０６の出力電流の位相を変動させる（本実施の形態では、変動範囲記憶部１０８ｉが記憶する最大位相変動量の最小値を５°、最大値を２０°とし、出力変動部１０８ｈは、その範囲内で最大位相変動量を電力負荷１ＶＡ当たり０．００５°で決定する）（ＳＴＥＰ１０４〜１０７）。

このように、インバータ回路１０６の出力電流の位相を変動させると、インバータ回路１０６と商用電力系統１０３が連系中は、出力変動部１０８ｈによる出力変動は商用電力系統１０３に対して力率の低下や電源高調波の歪みを発生させるが、連系点の電圧および周波数は安定している。しかし、商用電力系統１０３の開閉器１０４が開放され、インバータ回路１０６が単独運転状態においては、出力変動部１０８ｈの出力変動によりインバータ回路１０６の出力電力と負荷１０２の電力負荷の間における無効電力または有効電力が平衡状態でないため、連系点の電圧、および電圧の周波数が変動する。このとき、電力負荷に対して、出力変動部１０８ｈの出力変動による有効電力および無効電力の変動が大きいほど、連系点の電圧、および周波数が大きく変動する。

単独運転判定部１０８ｄは、電圧センサ１０８ａで検出される連系点の電圧、周波数検出部１０８ｂ検出される周波数、周波数変動検出部１０８ｃで検出される周波数変動量のいずれかが、所定時間の間、所定値の上限以上、もしくは下限以下の場合、単独運転状態と判定し、系統連系保護部１０８ｅが解列用リレー１０７を開動作させることでインバータ回路１０６と商用電力系統１０３とを切り離すとともに、インバータ回路１０６の出力を停止させる（本実施の形態では、単独運転判定部１０８ｄが単独運転状態と判定する電圧の所定時間を９５０ｍｓ、所定値の上限を１１５Ｖ、下限を８０、周波数の所定時間を９５０ｍｓ、所定値の上限を５１．０Ｈｚ、下限を４９．０Ｈｚ以下、周波数変動の所定時間を５００ｍｓ、所定値の上限を０．０１Ｈｚ／ｍｓ、下限を−０．０１Ｈｚ／ｍｓとする）。

尚、本実施の形態では、直流電力の供給を直流電源装置１０１で行なったが、自然エネルギーを用いる太陽光発電、風力発電や、化石エネルギーを用いる燃料電池などの直流電源装置から直流電力を供給しても良い。

また、本実施の形態では、電圧センサ１０８ａで検出する電圧と、負荷電流センサ１０８ｆで検出する負荷電流をもとに電力負荷検出部１０８ｇで電力負荷を算出したが、インバータ回路１０６の出力電力と、商用電力系統１０３とインバータ回路１０６の受電点における受電電力をもとに、出力電力と受電電力の和もしくは差により電力負荷を算出しても良い。

また、本実施の形態では、単独運転判定部１０８ｄは、電圧センサ１０８ａで検出される連系点の電圧、周波数検出部１０８ｂ検出される周波数、周波数変動検出部１０８ｃで検出される周波数変動量のいずれかが、所定時間の間、所定値の上限以上、もしくは下限以下の場合、単独運転状態と判定したが、２つ以上の条件を組み合わせてもかまわない。

また、本実施の形態では、出力変動部１０８ｈにおいてインバータの出力電流の位相を変動させたが、周波数もしくは出力の大きさを変動させても良い。

また、本実施の形態では、出力変動部１０８ｈは変動パターンとして矩形波を用いたが、三角波や正弦波などを用いても良い。

また、本実施の形態では、出力変動部１０８ｈは変動周期をＴとしたが、変動周期をランダムにしても良い。

また、本実施の形態では、出力変動部１０８ｈは電力負荷に応じて線形的に最大位相変動量を決定したが、非線形でも良い。

また、本実施の形態では、出力変動部１０８ｈは演算により電力負荷に応じた最大位相変動量を決定したが、テーブルを記憶する記憶部より決定しても良い。

以上のように、本実施の形態において、出力変動部１０８ｈは、電力負荷検出部１０８ｇが検出する電力負荷が小さいほどインバータ回路１０６の出力電流に与える変動を小さくすることにより、インバータ回路１０６の出力電流に、電力負荷に応じた単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能な最低限の出力変動を与えることで、電源高調波などの歪みや力率の低下を抑制しつつ、確実に単独運転を検出することができる。

また、本実施の形態において、出力変動部１０８ｈは前記変動範囲記憶部１０８ｉに記憶された変動範囲でインバータ回路１０６の出力電流を変動させることにより出力変動は制限されるため電源高調波などの歪みや力率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態において、出力変動部１０８ｈは、電力負荷検出部１０８ｇが検出する電力負荷に応じて電圧検出部で検出される電圧に対してインバータ回路１０６の出力電流の位相を進相または遅相させることにより、最低限の有効電力もしくは無効電力の変動を発生させることで、単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能となり、電源高調波などの歪みや力率の低下を抑制しつつ、確実に単独運転を検出することができる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における系統連系インバータ装置のブロック図である。また、図５は、同実施の形態における出力電流の周波数変動量を決定するためのテーブルである。

ここで、図４は図１の構成に加えて、単独運転防止装置１０８にインバータ回路１０６の出力電流を検出する出力電流センサ１０８ｊを設けたものである。

以上のように構成された系統連系インバータ装置について、以下その動作、作用を図２、図４、図５を用いて説明する。

単独運転防止装置１０８は、電圧センサ１０８ａで連系点の電圧を検出すると共に、負荷電流検出部１０８ｆで負荷へ流れる電流を検出し、電力負荷検出部１０８ｇにて、電圧センサ１０８ａで検出された電圧と負荷電流検出部１０８ｆで検出された電流の実効値の積をとることで、負荷１０２が消費する電力負荷を検出する。また、出力電流センサ１０８ｊでインバータ回路１０６の出力電流を検出する。

電力負荷および出力電流の検出後は、電力負荷検出部１０８ｇにより検出された電力負荷と、出力電流センサ１０８ｊで検出された電流をもとに、出力変動部１０８ｈで、連系点における電圧に対してインバータ回路１０６の出力電流の周波数を上昇、または低下させる最大周波数変動量（本実施の形態においては、図２の変動パターンのＡ、−Ａ）を決定すると共に、決定された最大周波数変動量をもとに周期Ｔの変動パターン（本実施の形態においては、図２の矩形波）でインバータ回路１０６の出力電流の周波数を変動させる。ここで、本実施の形態では、同じ最大周波数変動量でも出力電流が大きいほど無効電力もしくは有効電力の変動が大きくなるため、出力変動部１０８ｈは、出力電流が小さく、かつ電力負荷が大きいほど最大周波数変動量が大きくなるような図５に示すテーブル１０
をもとに最大周波数変動量を決定する。

なお、図５において、Ｉは出力電流（Ａ）、Ｐは電力負荷（ＫＶＡ）、△ｆは最大周波数変動量を示している。

このように、インバータ回路１０６の出力電流の周波数を変動させると、インバータ回路１０６と商用電力系統１０３が連系中は、出力変動部１０８ｈによる出力変動は商用電力系統１０３に対して力率の低下や電源高調波の歪みを発生させるが、連系点の電圧および周波数は安定している。

しかし、商用電力系統１０３の開閉器１０４が開放され、インバータ回路１０６が単独運転状態においては、出力変動部１０８ｈの出力変動によりインバータ回路１０６の出力電力と負荷１０２の電力負荷の間における無効電力または有効電力が平衡状態でないため、連系点の電圧、および電圧の周波数が変動する。このとき、電力負荷に対して、出力変動部１０８ｈの出力変動による有効電力および無効電力の変動が大きいほど、連系点の電圧、および周波数が大きく変動する。

以後、単独運転判定部１０８ｄが単独運転状態と判定する条件、および単独運転判定部１０８ｄが単独運転状態と判定した場合の系統連系保護部１０８ｅの動作は、上記実施の形態１と同様となっている。

尚、本実施の形態２では、出力変動部１０８ｈにおいてインバータ回路１０６の出力電流の周波数を変動させたが、位相もしくは出力の大きさを変動させるようにしても良い。

また、本実施の形態２では、出力変動部１０８ｈは図５に示したテーブル１０を用いて最大周波数変動量を決定したが、演算などにより決定するようにしても良い。

以上のように、本実施の形態２において、出力変動部１０８ｈは、電力負荷検出部１０８ｇが検出する電力負荷、出力電流検出部１０８ｊが検出する出力電流に応じてインバータ回路１０６の出力電流の周波数を上昇または低下させることにより、最低限の有効電力もしくは無効電力の変動を発生させることで、単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能となり、その結果として電源高調波などの歪みや力率の低下を抑制しつつ、確実に単独運転を検出することができる。
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態における系統連系インバータ装置のブロック図である。また、図７は、同実施の形態３における出力電流の振幅変動量を決定するためのテーブル１１である。

ここで、図６は図１の構成に加えて、インバータ回路１０６の目標出力電流を決定する目標出力電流決定部１０９を設けたものである。

以上のように構成された系統連系インバータ装置について、以下その動作、作用を図２、図６、図７を用いて説明する。

単独運転防止装置１０８は、電圧センサ１０８ａで連系点の電圧を検出すると共に、負荷電流検出部１０８ｆで負荷へ流れる電流を検出し、電力負荷検出部１０８ｇにて、電圧センサ１０８ａで検出された電圧と負荷電流検出部１０８ｆで検出された電流の実効値の積をとることで、負荷１０２が消費する電力負荷を検出する。

電力負荷および出力電流の検出後は、電力負荷検出部１０８ｇにより検出された電力負荷と、目標出力電流決定部１０９で決定されるインバータ回路１０６の目標出力電流をもとに、出力変動部１０８ｈで、インバータ回路１０６の出力電流の振幅を増加、または減少させる最大振幅変動量（本実施の形態においては、図２の変動パターンのＡ、−Ａ）を決定すると共に、決定された最大振幅変動量をもとに周期Ｔの変動パターン（本実施の形態においては、図２の矩形波）でインバータ回路１０６の出力電流の振幅を変動させる。ここで、本実施の形態３では、同じ最大振幅変動量でも目標出力電流が大きいほど有効電力の変動が大きくなるため、目標出力電流が小さく、かつ電力負荷が大きいほど、出力変動部１０８ｈは最大振幅変動量が大きくなる図７に示すテーブル１１をもとに最大振幅変動量を決定する。なお、図７のＩｏは目標出力電流（Ａ）、Ｐは電力負荷（ＫＶＡ）、△Ｉは最大振幅変動量（倍）を示している。

このように、インバータ回路１０６の出力電流の大きさを変動させると、インバータ回路１０６と商用電力系統１０３が連系中は、出力変動部１０８ｈの出力変動の振幅の大きさによっては商用電力系統１０３に対して大きく逆潮流することになり、連系点の電圧は上昇するが、周波数は安定している。

しかし、商用電力系統１０３の開閉器１０４が開放され、インバータ回路１０６が単独運転状態においては、出力変動部１０８ｈの出力変動によりインバータ回路１０６の出力電力と負荷１０２の電力負荷の間における有効電力が平衡状態でないため、連系点の電圧、および電圧の周波数が変動する。このとき、電力負荷に対して、出力変動部１０８ｈの出力変動による有効電力の変動が大きいほど、連系点の電圧、および周波数を大きく変動させることになる。

以後、単独運転判定部１０８ｄが単独運転状態と判定する条件、および単独運転判定部１０８ｄが単独運転状態と判定した場合の系統連系保護部１０８ｅの動作は、実施の形態１と同様となっており。

尚、本実施の形態では、出力変動部１０８ｈにおいてインバータ回路１０６の出力電流の振幅を変動させたが、位相もしくは周波数を変動させても良い。

また、本実施の形態では、出力変動部１０８ｈはテーブル１１を用いて最大振幅変動量を決定したが、演算などにより決定しても良い。

以上のように、本実施の形態３では、出力変動部１０８ｈは、電力負荷検出部１０８ｇが検出する電力負荷、目標出力電流決定部１０９が決定する目標出力電流に応じてインバータ回路１０６の出力電流の振幅を大きく、または小さくすることにより、最低限の有効電力の変動を発生させることで、単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能となり、その結果として電源高調波などの歪みや力率の低下を抑制しつつ、確実に単独運転を検出することができる。

以上のように、本発明にかかる系統連系インバータ装置は、系統連系インバータの出力電流に、電力負荷に応じた単独運転時に周波数変動もしくは電圧変動を起こすことが可能な最低限の出力変動を与えることで、電源高調波などの歪みや力率の低下を抑制しつつ、確実に単独運転を検出することができるため、燃料電池装置や太陽光発電装置のような分散型電源装置等の用途にも適用することができる。

本発明の実施の形態１における系統連系インバータ装置のブロック図同実施の形態１における系統連系インバータ装置の出力変動部の変動パターン図同実施の形態１における系統連系インバータ装置の位相変動量の決定動作の流れを示すフローチャート本発明の実施の形態２における系統連系インバータ装置のブロック図同実施の形態２における出力電流の周波数変動量を決定するためのテーブルを示す図本発明の実施の形態３における系統連系インバータ装置のブロック図同実施の形態における出力電流の振幅変動量を決定するためのテーブルを示す図

符号の説明

１０５系統連系インバータ装置
１０６インバータ回路
１０８単独運転防止装置
１０８ａ電圧センサ（電圧検出部）
１０８ｄ単独運転判定部
１０８ｅ系統連系保護部
１０８ｇ電力負荷検出部
１０８ｈ出力変動部
１０８ｉ変動範囲記憶部
１０８ｊ出力電流センサ（出力電流検出部）
１０９目標出力電流決定部

Claims

商用電力系統と連系する系統連系インバータ装置であって、
直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、
このインバータ回路の単独運転を防止する単独運転防止装置と、
を備え、
前記単独運転防止装置は、
前記インバータ回路と前記商用電力系統との連系点の電圧を検出する電圧検出部と、
この電圧検出部が検出する電圧をもとに前記商用電力系統が停止し、前記インバータ回路が単独運転状態になっていると判定する単独運転判定部と、
この単独運転判定部が単独運転状態と判定した時に前記インバータ回路と前記商用電力系統を切り離す系統連系保護部と、
前記インバータ回路の出力電流に変動を与える出力変動部と、を有し、
前記商用電力系統とインバータ回路から電力供給を受ける負荷の消費電力を検出する電力負荷検出部を設け、前記出力変動部は、前記電力負荷検出部が検出する電力負荷の大きさに応じて、前記インバータ回路の出力電流に与える変動の大きさを可変させ、
前記電力負荷検出部が検出する電力負荷の大きさに応じて決定した位相変動量で前記インバータ回路の出力電流の位相を変動させて、前記電圧検出部が検出する電圧、前記電圧検出部により検出された電圧をもとに電圧のゼロクロス点の時間間隔から周波数を検出する周波数検出部が検出する周波数、および、前記周波数検出部により検出された周波数をもとに単位時間当たりの周波数変動量を検出する周波数変動検出部が検出する周波数変動量のうちの少なくとも一つが、上限値以上、もしくは、下限値以下の場合に、前記インバータ回路が単独運転状態になっていると判定する、
る構成とした系統連系インバータ装置。
インバータ回路から負荷への出力電流を検出する出力電流検出部を備え、出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷が小さく、かつ、前記出力電流検出部が検出する出力電流が大きいほど前記インバータ回路の出力電流に与える変動を小さくする請求項１に記載に系統連系インバータ装置。
出力変動部がインバータ回路の出力電流に与える変動の範囲を記憶する変動範囲記憶部
を備え、前記出力変動部は前記変動範囲記憶部が記憶する変動範囲内で前記インバータ回路の出力電流に変動を与える請求項１又は２に記載の系統連系インバータ装置。
出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷、出力電流検出部が検出する出力電流、目標出力電流決定部が決定する目標出力電流に応じて電圧検出部で検出される電圧に対してインバータ回路の出力電流の位相を進相または遅相させる請求項１から３のいずれか一つに記載の系統連系インバータ装置。
出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷、出力電流検出部が検出する出力電流、目標出力電流決定部が決定する目標出力電流に応じてインバータ回路の出力電流の振幅を大きく、または小さくする請求項１から３のいずれか一つに記載の系統連系インバータ装置。
電圧検出部で検出される電圧より商用電力系統の周波数を検出する周波数検出部を備え、出力変動部は、電力負荷検出部が検出する電力負荷、出力電流検出部が検出する出力電流、目標出力電流決定部が決定する目標出力電流に応じてインバータ回路の出力電流の周波数を上昇または低下させる請求項１から３のいずれか一つに記載の系統連系インバータ装置。