JP6153663B1 - リレーの異常検出装置及びパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

商用系統が停電して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用の特定リレーの異常を検知可能な異常検出装置を提供する。自立運転への切替時に系統連系用リレーの異常を検出するリレーの異常検出装置であって、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナへの入力電流の有無に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう第１電流判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナからの出力電流の有無に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう第２電流判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えている。

Description

本発明は、系統連系等に用いるリレーの異常検出装置及びパワーコンディショナに関する。

太陽電池や燃料電池等を備えた分散型直流電源は、商用系統に連系させて使用するために、周波数や電圧を商用系統に適合させた交流電力に変換するパワーコンディショナを備えて構成されている。

パワーコンディショナは、太陽電池や燃料電池等で発電された直流電力を所定の電圧値の直流電力に調整するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、ＤＣ／ＡＣインバータの出力波形から高周波成分を除去するＬＣフィルタ等を備えている。

太陽電池や燃料電池等に接続されたパワーコンディショナが系統連系運転を行なっている配電線に地絡または短絡事故が発生し、或いは計画停電等によって変電所から配電線への電力の送電が停止した状態、即ち単独運転状態に到った場合には、区分開閉器の動作への影響防止及び配電線等の保全作業時の安全性を確保するために、パワーコンディショナの制御装置によって系統連系用リレーが開成され、当該分散型電源は当該配電線から解列される。

そして、その後パワーコンディショナの制御装置によって自立系統用リレーが閉成されると、商用系統から切り離された自立系統或いは商用系統とは連系することなく独立した自立系統に当該分散型電源から交流電力が供給される。

パワーコンディショナの制御装置には、系統連系時に商用系統の位相に同期した交流電流がＤＣ／ＡＣインバータから出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に所定レベルの交流電圧が出力されるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御する電圧制御ブロックを備えている。

所定レベルの電圧とは、電気事業法第２６条及び同法施行規則第４４条に規定された低圧需要家用の電圧であり、標準電圧１００Ｖに対して１０１±６Ｖ、標準電圧２００Ｖに対して２０２±２０Ｖ以内の電圧をいう。

商用系統から解列して自立系統に給電する自立運転を行なう場合には、商用系統への逆充電の防止及び非同期投入の防止のために、事前に系統連系用リレーの接点が正常な状態であるか否かを検出する必要があり、当該系統連系用リレーの接点が溶着する等の異常な状態である場合には、系統連系運転から自立運転への移行を阻止する必要がある。

特許文献１には、インバータ回路からの交流電力を平滑するフィルタ回路と、インバータ回路の運転状態を制御するインバータ回路制御手段と、系統連系用リレーの連系又は解列の状態の制御手段と、フィルタ回路と系統連系用リレーの間に接続され、フィルタ回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路制御手段によりインバータ回路が停止状態に制御されているときに、系統連系用リレーの制御状態及び電流検出手段の検出結果に基づいて系統連系装置の異常を検出する手段とを有する系統連系装置が開示されている。

当該異常検出手段は、インバータ回路を停止した状態で、商用系統からフィルタ回路のコンデンサに無効電流が流れているか否かに基づいて、系統連系用リレーの接点が溶着しているか否かを判定するように構成されている。

特許文献２には、商用系統が正常に運転されている場合に、ＤＣ／ＡＣインバータ回路を停止状態に制御し、系統連系用リレーを開放状態に制御している時、系統連系用リレーを構成する第一の系統連系用リレー、第二の系統連系用リレーについて、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれフォトカプラ等によって検出することで、インバータ回路と商用系統が連系する前に、第一の系統連系用リレーまたは第二の系統連系用リレーが溶着しているか否かを検出する系統連系装置が提案されている。

さらに、当該系統連系装置は、商用系統が停電した場合に、インバータ回路を作動させて、同様の検出動作を行なうように構成されている。

特許文献３には、連系用開閉器及びインバータ回路部が共に正常であることを確認した後に、商用系統との連系運転を安全に開始することができる系統連系インバータ装置が開示されている。

当該系統連系インバータ装置は、直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、インバータ回路部の出力電圧を検出する出力電圧検出器と、インバータ回路部と商用系統との連系を確立する連系用開閉器と、商用系統の電圧を検出する系統電圧検出器と、インバータ回路部及び連系用開閉器を制御する制御回路部とを備えている。

そして、当該制御回路部が、出力電圧検出器の検出値に基づいて連系用開閉器の開路状態を確認した後にインバータ回路部を始動させ、出力電圧検出器の検出値と系統電圧検出器の検出値とが略同等になったときに連系用開閉器を閉じる制御を行うように構成されている。

また、当該系統連系インバータ装置は、インバータ回路部と連系用開閉器との間に、インバータ回路部と商用系統との電圧差によって生じる電流を消費する電流制限抵抗と、電流制限抵抗を短絡させる抵抗短絡用開閉器とが設けられ、制御回路部が連系用開閉器を閉じた後に所定のタイミングで抵抗短絡用開閉器を閉じる制御を行うように構成されている。

特許文献４には、電力変換部と自立運転用端子との間に配置された開閉器の異常を検出できる電力変換装置が開示されている。

当該電力変換装置は、外部装置から供給される電力を所定の電力へ変換する電力変換部と、電力系統に接続される連系運転用端子と前記電力変換部との間に接続される第１開閉器と、負荷に接続される自立運転用端子と前記電力変換部との間に接続される第２開閉器と、前記自立運転用端子の電圧を検出する電圧検出部と、前記電力変換部、前記第１開閉器および前記第２開閉器を制御する制御部と、を備えている。

そして、前記制御部は、前記第１開閉器と前記第２開閉器とに対し開状態にする制御信号をそれぞれ出力し、かつ、前記電力変換部から所定の電圧を出力させた制御状態において、前記電圧検出部により検出される前記自立運転用端子の電圧に基づいて、前記第２開閉器の異常を判定する異常判定処理を実行するように構成されている。

特開２００８−３５６５５号公報 特開２０１１−１３５７６７号公報 特開２００７−１７４７９２号公報 特開２０１４−６４４１５号公報

しかし、特許文献１に開示された系統連系装置の異常検出手段では、系統連系時または解列時にインバータ回路を停止して商用系統からフィルタ回路に流れる無効電流の有無を検知する構成であるため、商用系統が停電して自立運転を起動するような場合には、系統連系用リレーの異常を検知することができないという問題があった。

また、特許文献２に開示された系統連系装置では、第一の系統連系用リレーの入力側と第二の系統連系用リレーの出力側の電位差と、第一の系統連系用リレーの出力側と第二の系統連系用リレーの入力側の電位差をそれぞれ検出するための別途の回路素子が必要になり部品コストが嵩むという問題があった。

しかも、商用系統の電圧が運用規定の適正範囲内であるか否かのみに基づいて停電検知していたため、ノイズの影響により誤検知する虞があり、商用系統の停電時にＤＣ／ＡＣインバータ回路を作動させて系統連系用リレーの異常を検知する場合に、商用系統への負荷の接続状態によっては電圧変動のみでは誤検知する虞もあった。

また、特許文献３に開示された系統連系インバータ装置によれば、部品コストが嵩むばかりでなく、抵抗短絡用開閉器が故障すると、商用系統と連系することができなくなるという問題があった。

さらに、特許文献４に開示された電力変換装置によれば、電力変換部から所定の電圧が出力されたときに、第２開閉器に自立負荷が接続されていると、誤判定を招く可能性が相当高いという問題があった。

同様に、単相交流発電機が組み込まれた発電システムに、太陽電池パネルを備えた分散型電源が併設され、ノーマルオープンのＡ接点とノーマルクローズのＢ接点を備えた給電切替リレーにより自立系統の負荷に相補的に給電する自立型太陽光発電システムであっても、当該給電切替リレーの接点が溶着する等の異常な状態であれば、給電切替を回避する必要があった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、商用系統が停電等して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーや給電切替リレー等の特定リレーの異常を検知可能なリレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるリレーの異常検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータの出力電圧から高周波成分を除去するＬＣフィルタを備え、系統連系用の特定リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能に構成されたパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に前記特定リレーの異常を検出するリレーの異常検出装置であって、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、商用系統から前記パワーコンディショナへの入力電流の有無に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう第１電流判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナからの出力電流の有無に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう第２電流判定処理と、を実行する異常検出処理部を備えている点にある。

先ず、自立運転への切替時に商用系統電圧判定処理が実行されて商用系統電圧の有無が判定される。このとき商用系統電圧が有ると判定されると第１電流判定処理が実行され、商用系統電圧が無いと判定されると第２電流判定処理が実行される。

第１電流判定処理では、系統連系用リレー等の特定リレーの接点が開成制御された状態で、商用系統からパワーコンディショナへ電流が流入するか否かに基づいて系統連系用リレーの異常の有無の判定が行われる。

第２電流判定処理では、特定リレーの接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷へ電流が流出するか否かに基づいて特定リレーの異常の有無の判定が行われる。従って、商用系統への逆充電や非同期投入を回避しながら、適性に特定リレーの異常判定を行なうことができるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記第１電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃ_ｉｎｖ、内部抵抗Ｒ_ｃ、コンデンサ電流ｉ_ｃ、計測値となる自立系統電圧ｅ_ｓｄとして、以下の数式〔数１〕に基づいて算出される前記コンデンサ電流ｉ_ｃを前記入力電流として算出するように構成されている点にある。

自立系統の出力電圧を検出する既存の電圧検出回路を用いて自立系統電圧ｅ_ｓｄを計測し、その値を数式〔数１〕に代入することにより、ＬＣフィルタのコンデンサに流入する電流値が算出されるので、別途の電流検出回路を設けなくても、商用系統から特定リレーを介して電流が流入するか否かが判定できるようになる。

つまり、特定リレーの接点が溶着していると、商用系統電圧の瞬時値と自立系統電圧の瞬時値とが等しくなり、コンデンサに流れる電流の変化を捉えることができる。そして、コンデンサに流れる電流の変化状態から特定リレーの溶着状態を判定することができる。尚、特定リレーが短絡していない場合は、コンデンサに流れる電流がほぼゼロになる。尚、ｓはラプラス演算子（ラプラス変数）である。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期で計測した前記入力電流の絶対値が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記入力電流の絶対値が大きくなる場合に、前記特定リレーが異常であると判定する点にある。

所定のサンプリング周期で計測された値に基づく電流値が複数回所定の閾値以上で且つ絶対値が大きくなると、ＬＣフィルタを構成するコンデンサに商用系統からの電流が流入していると判定される。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記第２電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃ_ｉｎｖ、内部抵抗Ｒ_ｃ、自立系統電圧ｅ_ｓｄ、コンデンサ電流ｉ_ｃ、計測値となるインバータ電流ｉ_ｉｎｖとして、以下の数式〔数２〕に基づいて算出されるパワーコンディショナの出力電流ｉ_ｓｐを前記出力電流として算出するように構成されている点にある。

商用系統電圧が無い場合には、インバータが駆動されてパワーコンディショナから所定の自立系統電圧ｅ_ｓｄが出力され、計測されたインバータの出力電流ｉ_ｉｎｖと自立系統電圧ｅ_ｓｄが数式〔数１〕に代入され、数式〔数２〕によってパワーコンディショナからの出力電流ｉ_ｓｐが算出される。つまり、特定リレーの接点が溶着していると、パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に流出する電流が検出されるようになるのである。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、前記第２電流判定処理は、前記パワーコンディショナの出力電流の最大値の前後の差分を求め、複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記パワーコンディショナの出力電流の絶対値が小さくなる場合に、前記特定リレーが異常であると判定する点にある。

パワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に電流が流出すると、電圧降下が生じて次第に電流値が低下する。そこで、第２電流判定処理では、算出されたパワーコンディショナの出力電流の最大値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度にパワーコンディショナの出力電流の絶対値が小さくなる場合にパワーコンディショナから商用系統に接続された負荷に電流が流出していると判定される。尚、商用系統に負荷が接続されていない場合には、パワーコンディショナの出力電流の波高値は常に一定値となる。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記特定リレーの全接点を開成制御した後に前記第１電流判定処理または前記第２電流判定処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に前記第１電流判定処理または前記第２電流判定処理を実行するように構成されている点にある。

パワーコンディショナの出力が単相であるか三相であるかによって特定リレーの接点数が変動し、また何れの接点が溶着しているかによって上述の各判定処理の結果が異なる。つまり、特定リレーの全接点を開成制御した後に第１電流判定処理及び第２電流判定処理を実行し、溶着していると判定されると全接点が溶着していることが明らかになる。さらに、一接点毎に単独で閉成制御する度に第１電流判定処理及び第２電流判定処理を実行し、溶着していると判定されると開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出処理部は、前記商用系統電圧判定処理の結果に基づいて、異常検出時の前記パワーコンディショナの出力電圧を異なる値に設定するとともに、前記特定リレーの異常判定のための基準電圧を異なる値に設定する電圧設定処理と、前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分と、前記基準電圧に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう電圧判定処理とを、さらに実行するように構成されている点にある。

特定リレーの接点が溶着していると、パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分が略零になるため、当該差分の値に基づいて系統連系用リレーの異常の有無を判定することができるようになる。その際に、商用系統電圧判定処理の結果に基づいて、異常検出時のパワーコンディショナの出力電圧が異なる値に設定されるので、商用系統への逆充電や非同期投入という不都合が生じることが未然に回避できるようになる。

同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記商用系統電圧判定処理は、予め設定されたパワーコンディショナの自立系統電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている点にある。

商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無を判定できるようになる。

本発明によるパワーコンディショナの第一の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、系統連系用の特定リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、上述した第一から第八の何れかの特徴構成を備えたリレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれている点にある。

異常検出処理部により特定リレーの接点が溶着していると判定されるような場合に、自立運転を回避して商用系統への逆充電及び非同期投入という不都合な事態の発生を未然に防止できるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、商用系統が停電等して自立運転を起動する場合に、部品コストが嵩むことなく、精度良く系統連系用リレーや給電切替リレー等の特定リレーの異常を検知可能なリレーの異常検出装置、及びパワーコンディショナを提供することができるようになった。

図１はパワーコンディショナを含む分散型電源の回路ブロック構成図である。 図２は異常検出時の系統連系用リレーのオン／オフ動作の説明図である。 図３は商用系統電圧判定処理を示すフローチャートである。 図４は系統連系用リレーの異常検出方法を示すフローチャートである。 図５は第１電流判定処理の説明図である。 図６は判定の閾値以上の場合の第２電流判定処理の説明図である。 図７は判定の閾値以下の場合の第２電流判定処理の説明図である。 図８は別実施形態を示す分散型電源の回路ブロック構成図である。 図９は別実施形態を示す分散型電源の回路ブロック構成図である。 図１０は別実施形態を示し、図９の分散型電源における単相交流発電機の電圧判定処理を示すフローチャートである。 図１１は別実施形態を示し、図９の分散型電源における給電切替リレーのＡ接点の異常検出方法を示すフローチャートである。 図１２は別実施形態を示し、図９の分散型電源における給電切替リレーのＢ接点の異常検出方法を示すフローチャートである。

以下、本発明によるリレーの異常検出装置及びパワーコンディショナの一例を図面に基づいて説明する。

図１には、分散型電源の一例である太陽光発電装置１が示されている。太陽光発電装置１は、太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰに接続されたパワーコンディショナＰＣＳを備えて構成されている。

太陽電池パネルＳＰで発電された直流電力は直流遮断器及びサージアブソーバ（図示せず）を介してパワーコンディショナＰＣＳに供給される。

パワーコンディショナＰＣＳは、太陽電池パネルＳＰで発電された直流電圧を所定の直流リンク電圧Ｖ_ｄｃに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２で昇圧された直流リンク電圧Ｖ_ｄｃを所定の交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ３と、ＤＣ／ＡＣインバータ３から出力される交流電圧から高調波を除去するＬＣフィルタ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びＤＣ／ＡＣインバータ３を制御する制御装置５等を備えている。

パワーコンディショナＰＣＳで変換された交流電力は、系統連系用リレーＲｙ１を介して商用系統１００と連系して交流負荷Ｒ_ｕｗに給電され、商用系統１００の停電等によって商用系統１００から解列すると、その後、自立系統用リレーＲｙ２を介して自立負荷Ｒ_ｓｄに給電される。本実施形態では、系統連系用リレーＲｙ１が本発明の特定リレーとなる。

図１には、系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳ_ｕ，Ｓ_ｗ、自立系統用リレーＲｙ２の２つの接点がＳ_ｓｄで示されている。

パワーコンディショナＰＣＳの制御装置５は、マイクロコンピュータ、メモリ、ＡＤ変換部を含む入出力回路等を含む周辺回路等で構成され、マイクロコンピュータに組み込まれたＣＰＵによって、メモリに格納された制御プログラムが実行されることにより所期の機能が実現される。

具体的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の昇圧スイッチを制御するコンバータ制御部５ａと、ＤＣ／ＡＣインバータ３のブリッジを構成するスイッチを制御するインバータ制御部５ｂと、系統連系用リレーＲｙ１の異常を検知する異常検出処理部５ｃとして機能する各制御ブロックが制御装置５として具現化される。

コンバータ制御部５ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２への入力電圧、入力電流、出力電圧をモニタして、太陽電池パネルＳＰを最大電力点で動作させるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御等を実行しつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を昇圧制御して所定の直流リンク電圧Ｖ_ｄｃをＤＣ／ＡＣインバータ３に出力するように構成されている。

インバータ制御部５ｂは、系統連系用リレーＲｙ１を介して系統連系運転するようにインバータ３を制御し、または自立系統用リレーＲｙ２を介して自立運転するようにインバータ３を制御するように構成されている。

インバータ制御部５ｂは、系統連系運転時に商用系統電圧の位相に同期するようにインバータ３の出力電流を制御する電流制御ブロックと、解列時に自立系統に所定電圧の交流電力を給電する電圧制御ブロックと、系統連系運転時に単独運転状態か否かを検出する単独運転検出ブロック等の機能ブロックを備えている。

異常検出処理部５ｃは、系統連系運転から自立運転への移行時に系統連系用リレーＲｙ１の異常の有無を検知し、系統連系用リレーＲｙ１に接点溶着異常が発生していることが検知されると、故障を表す警報表示を点灯するとともに、インバータ制御部５ｂによる自立運転制御を停止するように構成されている。即ち、異常検出処理部５ｃは本発明の異常検出装置として機能する。

ＬＣフィルタ４を構成するインダクタＬの下流側に設けられた電流トランスによって検知された出力電流ｉ_ｉｎｖのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力されている。

さらに、自立系統用リレーＲｙ２の上流側に設けられた抵抗分圧回路によって検知されるパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅ_ｓｄのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力され、系統連系用リレーＲｙ１の下流側に設けられた抵抗分圧回路によって検知される商用系統電圧ｅ_ｕｗのモニタ信号が制御装置５のＡＤ変換部に入力されている。

各ＡＤ変換部に入力された各モニタ信号に基づいて、パワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅ_ｓｄ及び自立系統周波数ｆ_ｓｄが得られ、商用系統電圧ｅ_ｕｗ及び商用系統周波数ｆ_Ｇｒｉｄが得られる。

インバータ制御部５ｂは、太陽電池パネルＳＰの発電電力が商用系統との連系が可能な値になると系統連系用リレーＲｙ１を閉成して系統連系運転し、太陽電池パネルＳＰの発電電力が低下し或いは単独運転検出ブロックにより単独運転状態であると検出すると系統連系用リレーＲｙ１を開成して商用系統から解列する。

インバータ制御部５ｂは、単独運転状態が原因で商用系統から解列した場合で、太陽電池パネルＳＰの発電電力が自立運転に十分な値である場合は、異常検出処理部５ｃを起動して系統連系用リレーＲｙ１の異常検知を行なう。

そして、インバータ制御部５ｂは、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定されるとインバータ３を起動するとともに自立系統用リレーＲｙ２を閉成して自立運転し、異常検出処理部５ｃにより系統連系用リレーＲｙ１が異常であると判定されると自立系統用リレーＲｙ２を閉成することなくＤＣ／ＡＣインバータ３を停止するように構成されている。

以下、異常検出処理部５ｃにより実行される系統連系用リレーＲｙ１の異常検出方法について説明する。

異常検出処理部５ｃで実行される異常検出処理には、系統連系用リレーＲｙ１の接点を開成または閉成制御する接点制御処理と、商用系統電圧判定処理と、インバータ３の出力電圧設定処理と、電流判定処理と、電圧判定処理が含まれる。

異常検出処理部５ｃは、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗを開成制御した後に接点が溶着しているか否かを判定する後述の電流判定処理及び電圧判定処理を実行するとともに、各接点Ｓ_ｕまたはＳ_ｗ毎に閉成制御する度に電流判定処理及び電圧判定処理を実行するように構成されている。

系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗを開成制御した後に電流判定処理及び電圧判定処理を実行し、その結果、溶着していると判定できると全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗが溶着していることが明らかになる。

この時点で正常と判定できる場合には、一接点Ｓ_ｕまたはＳ_ｗ毎に単独で閉成制御する度に電流判定処理及び電圧判定処理を実行する。それぞれで溶着していると判定できると、その時に開成制御されている接点が溶着していることが明らかになる。

図２には、この系統連系用リレーＲｙ１に対する制御シーケンス、つまり系統連系用リレーＲｙ１の接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗに対するオン／オフ制御のタイミングが示されている。異常検出処理部５ｃが起動すると、全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗを開成制御した状態で、接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行ない、次に接点Ｓ_ｕを閉成制御して接点Ｓ_ｗに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行ない、さらに接点Ｓ_ｕを開成制御し所定の遅延時間Ｔ_ｄｌｙの後に接点Ｓ_ｗを閉成制御して接点Ｓ_ｕに対するチェックである電流判定処理及び電圧判定処理を行なう。

本実施形態では、各チェック時間及び遅延時間Ｔ_ｄｌｙがそれぞれ２００ｍｓｅｃ．に設定されている。このような系統連系用リレーＲｙ１に対する開閉制御シーケンスが上述した接点制御処理ステップとなる。尚、遅延時間Ｔ_ｄｌｙは、系統連系用リレーの種類によって適宜適切な時間に変更することができる。

図３には、上述した商用系統電圧判定処理ステップ及び電圧設定処理ステップを実行する系統連系用リレーＲｙ１の溶着判定準備フローが示されている。

商用系統電圧判定処理ステップでは、自立運転する必要がある場合に（Ｓ１）、系統連系用リレーＲｙ１の全ての接点が開成制御され（Ｓ２）、系統連系用リレーＲｙ１の下流側に設けられた抵抗分圧回路によって商用系統電圧ｅ_ｕｗがチェックされ（Ｓ３）、以下に示す数式〔数３〕に基づいて商用系統電圧の有無がチェックされる（Ｓ４）。

尚、Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}は自立運転時の出力電圧実効値の指令値、ｘは判定の精度を確保するために０＜ｘ＜１の範囲の値に設定される信頼係数で、本実施形態ではｘ＝０．５に設定されている。また、自立系統周波数ｆ_ｓｄは、商用系統周波数ｆ_Ｇｒｉｄと同じ値に設定されている。尚、本実施形態では、指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}は自立運転時の定格出力電圧実効値１００Ｖよりも低い値４０Ｖに設定されている。

商用系統電圧が少なくとも１周期（商用系統周波数が５０Ｈｚであれば、２０ｍｓｅｃ．）計測されて最大瞬時値の絶対値｜ｅ_ｕｗ｜が求められ、絶対値｜ｅ_ｕｗ｜と、自立運転時の出力電圧実効値の指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}と信頼係数ｘとの積とが比較される。商用系統電圧を複数周期計測して各周期の最大瞬時値の絶対値｜ｅ_ｕｗ｜の平均を求めてもよい。

さらに、商用系統周波数ｆ_Ｇｒｉｄと、自立系統周波数ｆ_ｓｄと信頼係数ｘとの積とが比較される。信頼係数ｘの値は判断の信頼度を担保するための係数で、その値が１に近いほどノイズの影響を受け易くなるが厳しく判定でき、０に近いほどノイズの影響を受け難くなるが緩やかな判定となる。通常は中間の値０．５が好ましく用いられる。

例えば、商用系統電圧｜ｅ_ｕｗ｜が０Ｖで、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}が４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、数式〔数３〕は以下のようになる。
｜ｅ_ｕｗ｜＝０ ＜ ０．５×４０＝２０
ｆ_Ｇｒｉｄ ＝０ ＜ ０．５×５０＝２５

例えば、商用系統電圧｜ｅ_ｕｗ｜が１４１Ｖで、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}が４０Ｖ、ｘ＝０．５の場合、数式〔数３〕は以下のようになる。
｜ｅ_ｕｗ｜＝１４１ ＞ ０．５×４０＝２０
ｆ_Ｇｒｉｄ ＝５０ ＞ ０．５×５０＝２５

つまり、ステップＳ４では、数式〔数３〕の２式が共に成立するときに商用系統電圧が有ると判断され、何れも成立しないときに商用系統電圧が無いと判断される。

上述のステップＳ３，Ｓ４が、予め設定されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップとなる。

予め設定されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧設定値とは、自立運転時に必要な定格電圧値であってもよく、当該定格電圧値よりも低い異常検出のための専用の電圧値であってもよい。商用系統電圧と自立運転の定格電圧とが異なる値である場合でも、出力電圧設定値と信頼係数を適切に設定することにより精度よく商用系統電圧の有無を判定することができる。

また、数式〔数３〕に示すように、商用系統電圧のみならず商用系統周波数をもチェックすることにより、ノイズ等による誤判定を招くことなく精度よく商用系統電圧の有無の判定が可能になる。

商用系統電圧判定処理ステップにより商用系統電圧が有ると判断されると、電圧判定処理で接点の溶着判断を行なう基準値Ｅ_ｃｈｋが商用系統電圧の実効値Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}に設定され、自立系統電圧と商用系統電圧との差分の判断を行う遅延時間Ｔ_ｃｈｋが商用系統周波数の逆数に設定される（Ｓ５）。

また、商用系統電圧が無いと判断されると、異常検出時のパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧の指令値が設定されるとともに（Ｓ６）、接点の溶着判断を行なう基準値Ｅ_ｃｈｋが自立系統電圧の実効値Ｅ_{ｓｄ.ｒｍｓ}に設定され、この時の遅延時間Ｔ_ｃｈｋが自立系統周波数の逆数に設定される（Ｓ７）。

つまり、商用系統電圧が有ると判断されるとパワーコンディショナＰＣＳは停止されて出力電圧は０Ｖとなる。上述のステップＳ５からステップＳ７が電圧設定処理ステップとなる。

上述した出力電圧の指令値ｅ^＊ _ｓｄは、以下の数式〔数４〕の通りである。

ここで、Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}は自立系統電圧の実効値の指令値、θ_ｓｄは自立系統電圧の位相角度である。本実施形態では、Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}＝４０Ｖとの値は、系統連系用リレーＲｙ１に対する異常検出処理時の指令値であり、正常判定後の指令値は、Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}＝１００Ｖとなる。尚、上記に示す異常検出処理の指令値及び正常判定後の指令値は一例であり、適宜設定可能である。

つまり、電圧設定処理ステップの前に商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理ステップが実行され、商用系統電圧判定処理ステップの結果に基づいて、電圧設定処理ステップではパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧及び系統連系用リレーＲｙ１の異常判定のための基準電圧Ｅ_ｃｈｋが異なる値に設定される。

パワーコンディショナＰＣＳは、商用系統が停電すると自立運転に移行するように制御装置５によって制御されるのであるが、一時的に商用系統電圧が低下して程なく復帰する場合もある。そのような場合に系統連系用リレーＲｙ１が溶着していると、非同期投入状態に到る等の不都合な事態が生じ、パワーコンディショナＰＣＳが破損する虞もある。

そこで、電圧設定処理の前に商用系統電圧判定処理を実行して、その結果に応じてパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧及び系統連系用リレーＲｙ１の異常判定のための基準値を異なる値に設定することで、安全を確保しながらも系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を精度よく行なうことができ、非同期投入や逆充電が回避できるようになる。

例えば、商用系統電圧が検知される場合には、パワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧を０Ｖに、商用系統電圧の値を基準値に設定すれば、パワーコンディショナＰＣＳの破損を招くことなく、精度の高い接点の溶着判定が行なえるようになる。

図４には、系統連系用リレーＲｙ１の接点の溶着判定フローが示されている。
自立運転が起動されると（Ｓ１１）、上述の接点制御処理ステップが実行される（Ｓ１２）。商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されていると（Ｓ１３，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナＰＣＳへの入力電流の有無に基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なう第１電流判定処理（Ｓ１４）が実行される。

商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されていると（Ｓ１３，Ｎ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流の有無に基づいて系統連系用リレーＲｙ１の異常判定を行なう第２電流判定処理（Ｓ１５）が実行される。

第１電流判定処理（Ｓ１４）では、ＬＣフィルタ４のコンデンサ容量Ｃ_ｉｎｖ、内部抵抗Ｒ_ｃ、コンデンサ電流ｉ_ｃ、計測値となる自立系統電圧ｅ_ｓｄとして、以下の数式〔数５〕に基づいて算出されるコンデンサ電流ｉ_ｃを入力電流として算出する。尚、ｓはラプラス演算子（ラプラス変数）である。

インバータの出力電圧ｅ_ｓｄを検出する抵抗分圧回路を用いて自立系統電圧ｅ_ｓｄを計測し、その値を数式〔数５〕に代入することにより、ＬＣフィルタ４のコンデンサに流入する電流値が算出される。

つまり、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると、商用系統電圧ｅ_ｕｗの検出値と自立系統電圧ｅ_ｓｄの検出値が等しくなるような状態になると考えるのである。

図５に示すように、第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期Ｔ_ｓで計測及び算出した瞬時コンデンサ電流ｉ_ｃの絶対値｜ｉ_ｃ｜の変化状態を判断するために、少なくとも３回連続して閾値Ｉ_{ｃ.ｃｈｋ}以上であり、且つ、その値が大きくなる傾向があるというという条件が成立する場合に（Ｓ１４，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ１６）。尚、ノイズによる誤検出を考慮し、変化状態を確実に検出するために複数回判定処理を繰り返してもよい。

閾値Ｉ_{ｃ.ｃｈｋ}は、以下の数式〔数６〕で定めることができる。但し、P_{ｓｄ．ｒａｔｅｄ}は自立運転時の定格出力電力、Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}は自立系統電圧の実効値の指令値、ｙは信頼係数で、ｙ＜１の正数である。

エラーフラグがセットされると、パワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示が点灯されるように構成されている。本実施形態では、自立運転時の定格電力Ｐ_{ｓｄ．ｒａｒｅｄ}は１．５ｋＷを基準に、自立系統電圧の実効値の指令値Ｅ^＊ _{ｓｄ.ｒｍｓ}は１００Ｖ、定格電流の１０％（ｙ＝０．１）として設計し、閾値Ｉ_{ｃ.ｃｈｋ}＝２Ａ、サンプリング周期Ｔ_ｓ＝５０μｓｅｃ．（ＤＣ／ＡＣインバータのスイッチング周期に相当）に設定されている。閾値は、定格電流の１０％の値に設定している（１５００／１００×０．１×１．４１４＝２）。尚、所定のサンプリング周期Ｔ_ｓとは、インバータを構成するスイッチング素子の最高スイッチング周波数の逆数という条件を満たすサンプリング周期であればよい。

ステップＳ１４で、瞬時コンデンサ電流ｉ_ｃの絶対値｜ｉ_ｃ｜の変化状態を判断するために、少なくとも３回連続して閾値Ｉ_{ｃ.ｃｈｋ}以上であり、且つ、その値が大きくなる傾向があるというという条件が成立しない状態が所定時間（例えば数サイクル）継続すると、商用系統からパワーコンディショナＰＣＳのコンデンサに流れる電流が無いと判断して（Ｓ１４，Ｎ）、ステップＳ１８の電圧判定処理に移行する。但し、ノイズによる誤検出を考慮し、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。尚、商用系統電圧が有る場合、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着することなく正常であれば、瞬時コンデンサ電流ｉ_ｃの絶対値｜ｉ_ｃ｜は常時零となる。

第２電流判定処理（Ｓ１５）では、ＬＣフィルタ４のコンデンサ容量Ｃ_ｉｎｖ、内部抵抗Ｒ_ｃ、自立系統電圧ｅ_ｓｄ、コンデンサ電流ｉ_ｃ、計測値となるインバータの出力電流ｉ_ｉｎｖとして、以下の数式〔数７〕に基づいて算出されるパワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉ_ｓｐを商用系統に接続された負荷への出力電流として算出するように構成されている。

商用系統電圧が無い場合には、インバータ３が駆動されてパワーコンディショナＰＣＳから所定の自立系統電圧ｅ_ｓｄが出力され、計測されたインバータ電流ｉ_ｉｎｖと自立系統電圧ｅ_ｓｄから数式〔数５〕により求められたｉ_ｃが数式〔数７〕に代入されて、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流ｉ_ｓｐが算出される。ここで、自立系統電圧ｅ_ｓｄは、インバータの出力電圧ｅ_ｓｄを検出する抵抗分圧回路により検出される値である。

つまり、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると、パワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒ_ｕｗに流出する電流が検出されるようになるのである。

図６に示すように、第２電流判定処理は、パワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉ_ｓｐの最大値Ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}の差分の変化状態を判断するために、３回連続して所定の閾値Ｉ_{ｓｐ．ｃｈｋ}以上である場合、且つ、瞬時出力電流ｉ_ｓｐの絶対値｜ｉ_ｓｐ｜が小さくなる傾向がある場合に（Ｓ１４，Ｙ）、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判断して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ１６）。但し、ノイズによる誤検出を考慮し、且つ、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。

出力電流ｉ_ｓｐの最大値Ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}は、数式〔数８〕で示され、閾値Ｉ_{ｓｐ．ｃｈｋ}は、数式〔数９〕で示される。尚、数式〔数９〕でＥ^＊ _{ｓｄ．ｒｍｓ}は自立運転時の出力電圧の指令値の実効値である。

パワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒ_ｕｗに電流が流出すると、電圧降下が生じて次第に電流値が低下する。そこで、第２電流判定処理では、算出されたパワーコンディショナＰＣＳの出力電流の最大値の差分が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、瞬時出力電流ｉ_ｓｐの絶対値｜ｉ_ｓｐ｜が小さくなる傾向がある場合にパワーコンディショナＰＣＳから商用系統に接続された負荷Ｒ_ｕｗに電流が流出していると判定されるのである。

尚、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着することなく正常である場合、商用系統に負荷が接続されていない場合、また、商用系統に軽い負荷が接続されている場合は、図７に示すように、パワーコンディショナＰＣＳの出力電流ｉ_ｓｐの最大値Ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}が常に所定の閾値Ｉ_{ｓｐ．ｃｈｋ}以下となると考えられる。

エラーフラグがセットされると、パワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示が点灯される。本実施形態では、自立運転時の定格電力Ｐ_{ｓｄ．ｒａｔｅｄ}は１．５ｋＷを基準に、閾値Ｉ_{ｓｐ．ｃｈｋ}＝２Ａ、サンプリング周期は０．５Ｔ_ｓｄに設定されている（図６参照）。尚、自立系統周波数が５０Ｈｚである場合はサンプリング周期は１０ｍｓｅｃ．となる。

ステップＳ１５で、図７に示すように、出力電流ｉ_ｓｐの最大値Ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}の変化状態は、少なくとも３回連続して閾値Ｉ_{ｓｐ．ｃｈｋ}未満であり、その値が大きくなる傾向があるという条件が成立しない状態が所定時間（例えば数サイクル）継続すると、商用系統に負荷が接続されていない状態、或いは、軽い負荷と接続されている状態と判断して（Ｓ１５，Ｎ）、ステップＳ１７の電圧判定処理に移行する。尚、ノイズによる誤検出を考慮し、且つ、変化状態を確実に検出するために、複数回判定処理を繰り返してもよい。

電圧判定処理では、所定の遅延時間ｎ・Ｔ_ｃｈｋ（ｎは正整数）の間にパワーコンディショナＰＣＳの自立系統電圧ｅ_ｓｄと商用系統電圧ｅ_ｕｗの実効値が計測されて（Ｓ１７）、それらの差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜と、電圧設定処理ステップで設定された基準電圧Ｅ_ｃｈｋに所定の信頼係数ｚを掛けた値との大小関係が判定される（Ｓ１８）。

例えば、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していなければ、商用系統の停電時には商用系統電圧が０Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が４０Ｖと検知されるので、信頼係数ｚ＝０．５（ｚは、ｚ＜１の正数）とすれば、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝４０Ｖに対して比較値２０Ｖ（＝４０×０．５）が小さくなる。

しかし、接点が溶着していれば、商用系統電圧が４０Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が４０Ｖと検知され、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝０Ｖに対して比較値２０Ｖ（＝４０×０．５）が大きくなる。

例えば、接点が溶着していなければ、商用系統電圧が１００Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が０Ｖと検知されるので、信頼係数ｚ＝０．５（ｚは、ｚ＜１の正数）とすれば、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝１００Ｖに対して比較値５０Ｖ（＝１００×０．５）が小さくなる。

しかし、接点が溶着していれば、商用系統電圧が１００Ｖ、パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧が１００Ｖと検知され、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜＝０Ｖに対して比較値５０Ｖ（＝１００×０．５）が大きくなる。

ステップＳ１８で、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が大きいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着していると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ１６）。

差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が小さいと判定されると、系統連系用リレーＲｙ１が正常であると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域のフラグをリセットする（Ｓ１９）。

ステップＳ２０ではエラーフラグの状態が判定され、エラーフラグがセットされていると（Ｓ２０，Ｙ）、対応するリレー接点が溶着していると判定されて、それに伴いパワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示を点灯させる等の異常対応処理が実行される（Ｓ２１）。

ステップＳ２０でエラーフラグのセットが確認されない限り（Ｓ２０，Ｎ）、系統連系用リレーＲｙ１の全接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗが開成制御された状態、各接点Ｓ_ｕまたはＳ_ｗ毎に閉成制御された状態の三状態のそれぞれで各異常判定処理が終了するまで、ステップＳ１２からステップＳ２２までの処理が繰り返される。

遅延時間Ｔ_ｃｈｋが商用系統周波数、或いは、自立系統周波数の３周期（ｎ＝３）に設定され、少なくとも３周期の間のサンプリング値に基づいて実効値が算出されるように構成されているが、遅延時間Ｔ_ｃｈｋは複数周期に設定されていればよく、３周期に限るものではない。

パワーコンディショナＰＣＳの出力電圧や出力電流、商用系統電圧を検知するための回路素子は本来パワーコンディショナＰＣＳの制御に必要な回路素子であるので、系統連系用リレーＲｙ２の溶着を判定するために別途のセンサや回路素子を準備する必要はない。

本発明による系統連系用リレーＲｙ１の異常検出方法では、交流負荷Ｒ_ｕｗが接続されているか否かに関わらず、また商用系統電圧の有無に関わらず、確実に系統連系用リレーＲｙ１の接点が溶着異常であるか否かが検出できるようになる。

以下、本発明の別実施形態を説明する。
上述の実施形態では、パワーコンディショナＰＣＳの出力が単相である場合を例に本発明を説明したが、本発明はパワーコンディショナＰＣＳの出力が三相であり、系統連系用リレーＲｙ１の接点がＳ_ｕ，Ｓ_ｖ，Ｓ_ｗの３接点で構成される場合も適用可能である。

上述した実施形態では、太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰに接続されたパワーコンディショナＰＣＳを備えた分散型電源を例に系統連系用リレーＲｙ１の異常検出装置を説明したが、分散型電源に組み込まれる発電装置は太陽電池パネルＳＰに限るものではなく、風力発電装置や燃料電池等の任意の発電装置であってもよい。

さらに、図８に示すように、リチウムイオン電池等の二次電池Ｂａｔが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２´を介して直流バス電圧と接続する分散型電源であっても本発明を適用することができる。

例えば、太陽電池パネルＳＰによる発電電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２´を介して二次電池Ｂａｔに充電し、夜間に二次電池Ｂａｔに充電された直流電力を自立系統に供給するような構成を採用する場合に、系統連系用リレーＲｙ１の異常検出装置を組み込むことができる。

図９に示すように、単相交流発電機Ｇが組み込まれた発電システム２００に、太陽電池パネルＳＰを備えた分散型電源が併設され、ノーマルオープンのＡ接点とノーマルクローズのＢ接点を備えた給電切替リレーＲｙ３により自立系統の負荷Ｒ_ｕｗに相補的に給電する自立型太陽光発電システムに対しても、本発明の系統連系用リレーの異常検出装置を組み込むことができる。

当該発電システム２００は、夜間にノーマルクローズ接点Ｂを介して専ら単相交流発電機Ｇによる発電電力が負荷Ｒ_ｕｗに供給され、昼間になるとノーマルオープン接点Ａを介して専ら太陽電池パネルＳＰの発電電力が負荷Ｒ_ｕｗに供給されるように構成されている。

このような発電システム２００に対して、たとえば単相交流発電機Ｇから太陽電池パネルＳＰに負荷Ｒ_ｕｗへの給電元を切り替える場合にも、上述した特定リレーの異常検出装置により給電切替リレーＲｙ３の異常を検出することができる。つまり、給電切替リレーＲｙ３が本発明の特定リレーとなる。尚、以下の説明では、便宜上、単相交流発電機Ｇからの給電系統を商用系統と記す。

図１０に示すように、昼間に太陽電池パネルＳＰの発電電力が商用系統と同等の値になり、パワーコンディショナＰＣＳから負荷Ｒ_ｕｗに給電可能になると（Ｓ２１）、給電切替リレーＲｙ３の全てのＡ接点が開成制御され（Ｓ２２）、異常検出時のパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧の指令値が設定されるとともに（Ｓ２３）、接点の溶着判断を行なう基準値Ｅ_ｃｈｋが自立運転時の出力電圧の実効値Ｅ_{ｓｄ.ｒｍｓ}に設定され、この時の遅延時間Ｔ_ｃｈｋが自立系統周波数の逆数に設定される（Ｓ２４）。

図１１に示すように、パワーコンディショナＰＣＳの自立運転が起動されると（Ｓ３１）、給電切替リレーＲｙ３のＡ接点の溶着判定処理が実行される。先ず、上述したと同様の接点制御処理ステップが実行されて（Ｓ３２）、給電切替リレーＲｙ３のＡ接点が開成制御された状態で、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流の有無に基づいて給電切替リレーＲｙ３の異常判定を行なう第２電流判定処理（Ｓ３３）が実行される。

第２電流判定処理（Ｓ３３）では、図４を参照した説明と同様の処理が行なわれる。第２電流判定処理（Ｓ３３）で正常判定されると、電圧判定処理が実行される。

電圧判定処理では、所定の遅延時間の間にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧ｅ_ｓｄと商用系統電圧ｅ_ｕｗの実効値が計測されて（Ｓ３４）、それらの差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜と、電圧設定処理ステップで設定された基準電圧Ｅ_ｃｈｋに所定の信頼係数ｚを掛けた値との大小関係が判定される（Ｓ３５）。

ステップＳ３５で、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が大きいと判定されると、給電切替リレーＲｙ３のＡ接点が溶着していると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域にフラグをセットする（Ｓ３７）。

差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が小さいと判定されると、給電切替リレーＲｙ３が正常であると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域のフラグをリセットする（Ｓ３６）。

ステップＳ３７ではエラーフラグの状態が判定され、エラーフラグがセットされていると（Ｓ３７，Ｙ）、対応するリレー接点が溶着していると判定されて、それに伴いパワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示を点灯させる等の異常対応処理が実行される（Ｓ３８）。

ステップＳ３７でエラーフラグのセットが確認されない限り（Ｓ３７，Ｎ）、給電切替用リレーＲｙ３の全Ａ接点Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗが開成制御された状態、各Ａ接点Ｓ_ｕまたはＳ_ｗ毎に閉成制御された状態の三状態のそれぞれで各異常判定処理が終了するまで、ステップＳ３２からステップＳ３９までの処理が繰り返される。

次に、給電切替リレーＲｙ３のＢ接点の溶着判定処理が実行される。先ず、全てのＡ接点の閉成処理が実行されて、給電切替リレーＲｙ３の全Ｂ接点が開成制御された状態で（Ｓ４１）、パワーコンディショナＰＣＳからの出力電流の有無に基づいて給電切替リレーＲｙ３の異常判定を行なう第２電流判定処理（Ｓ４２）が実行される。

第２電流判定処理（Ｓ４２）では、図４を参照した説明と同様の処理が行なわれる。第２電流判定処理で電流ｉ_ｓｐが検出されると（Ｓ４２，Ｙ）、Ｂ接点が溶着していないと判定されてエラーフラグがリセットされる（Ｓ４６）。

ステップＳ４２で電流ｉ_ｓｐが検出されない場合には（Ｓ４２，Ｎ）、ステップＳ４３，Ｓ４４の電圧判定処理が実行される。

電圧判定処理では、所定の遅延時間の間にパワーコンディショナＰＣＳの出力電圧ｅ_ｓｄと商用系統電圧ｅ_ｕｗの実効値が計測されて（Ｓ４３）、それらの差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜と、電圧設定処理ステップで設定された基準電圧Ｅ_ｃｈｋに所定の信頼係数ｚを掛けた値との大小関係が判定される（Ｓ４４）。

ステップＳ４４で、差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が大きいと判定されると、給電切替リレーＲｙ３のＢ接点が溶着していない正常状態であると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域のフラグをリセットする（Ｓ４６）。

差分の絶対値｜Ｅ_{ｓｄ．ｒｍｓ}−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}｜よりも基準電圧Ｅ_ｃｈｋに信頼係数ｚを掛けた値の方が小さいと判定されると、給電切替リレーＲｙ３のＢ接点が異常であると判定して、メモリに設定されたエラーフラグ記憶領域のフラグをセットする（Ｓ４５）。

ステップＳ４７ではエラーフラグの状態が判定され、エラーフラグがセットされていると（Ｓ４７，Ｙ）、対応するリレー接点が溶着していると判定されて、それに伴いパワーコンディショナＰＣＳの表示パネルに異常表示を点灯させる等の異常対応処理が実行される（Ｓ４８）。

尚、本実施形態で「特定リレーの全接点を開成制御する」というのは、「ノーマルオープンの全ての接点Ａを開成制御する」あるは、「ノーマルクローズの全ての接点Ｂを開成制御する」との何れかの意味であり、ノーマルオープンの接点Ａとノーマルクローズの接点Ｂを同時に開成制御するという意味ではない。

以上説明した複数の実施形態は、本発明による特定リレーの異常検出方法及びパワーコンディショナの一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される限り、具体的な回路構成や異常検出アルゴリズムは適宜変更設計可能なことは言うまでもない。

１：分散型電源
２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３：ＤＣ／ＡＣインバータ
４：ＬＣフィルタ
５：制御装置
５ａ：コンバータ制御部
５ｂ：インバータ制御部
５ｃ：異常検出処理部
ＰＣＳ：パワーコンディショナ
Ｒｙ１：系統連系用リレー（特定リレー）
Ｒｙ２：自立系統用リレー
Ｒｙ３：給電切替リレー（特定リレー）
Ｓ_ｕ，Ｓ_ｗ：接点

Claims (9)

1. 直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータの出力電圧から高周波成分を除去するＬＣフィルタを備え、系統連系用の特定リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転との何れかに切替可能に構成されたパワーコンディショナに組み込まれ、自立運転への切替時に前記特定リレーの異常を検出するリレーの異常検出装置であって、商用系統電圧の有無を判定する商用系統電圧判定処理と、
   前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が有ると判定されると、前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、商用系統から前記パワーコンディショナへの入力電流の有無に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう第１電流判定処理と、前記商用系統電圧判定処理により商用系統電圧が無いと判定されると、前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナからの出力電流の有無に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう第２電流判定処理と、実行する異常検出処理部を備えているリレーの異常検出装置。
2. 前記第１電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃ_ｉｎｖ、内部抵抗Ｒ_ｃ、コンデンサ電流ｉ_ｃ、計測値となる自立系統電圧ｅ_ｓｄとして、以下の数式〔数１〕に基づいて算出される前記コンデンサ電流ｉ_ｃを前記入力電流として算出するように構成されている請求項１記載のリレーの異常検出装置。
   
3. 前記第１電流判定処理は、所定のサンプリング周期で計測した前記入力電流の絶対値が複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記入力電流の絶対値が大きくなる場合に、前記特定リレーが異常であると判定する請求項２記載のリレーの異常検出装置。
4. 前記第２電流判定処理は、前記ＬＣフィルタのコンデンサ容量Ｃ_ｉｎｖ、内部抵抗Ｒ_ｃ、自立系統電圧ｅ_ｓｄ、コンデンサ電流ｉ_ｃ、計測値となるインバータ電流ｉ_ｉｎｖとして、以下の数式〔数２〕に基づいて算出されるパワーコンディショナの出力電流ｉ_ｓｐを前記出力電流として算出するように構成されている請求項１から３の何れかに記載のリレーの異常検出装置。
   
5. 前記第２電流判定処理は、前記パワーコンディショナの出力電流の最大値の前後の差分を求め、複数回連続して所定の閾値以上であり、且つ、計測する度に前記パワーコンディショナの出力電流の絶対値が小さくなる場合に、前記特定リレーが異常であると判定する請求項４記載のリレーの異常検出装置。
6. 前記異常検出処理部は、前記特定リレーの全接点を開成制御した後に前記第１電流判定処理または前記第２電流判定処理を実行するとともに、一接点毎に単独で閉成制御する度に前記第１電流判定処理または前記第２電流判定処理を実行するように構成されている請求項１から５の何れかに記載のリレーの異常検出装置。
7. 前記異常検出処理部は、
   前記商用系統電圧判定処理の結果に基づいて、異常検出時の前記パワーコンディショナの出力電圧を異なる値に設定するとともに、前記特定リレーの異常判定のための基準電圧を異なる値に設定する電圧設定処理と、
   前記特定リレーの接点が開成制御された状態で、前記パワーコンディショナ側の電圧と商用系統側の電圧との差分と、前記基準電圧に所定の信頼係数を掛けた値との大小関係に基づいて前記特定リレーの異常判定を行なう電圧判定処理と
   をさらに実行するように構成されている請求項１から６の何れかに記載のリレーの異常検出装置。
8. 前記商用系統電圧判定処理は、予め設定されたパワーコンディショナの自立系統電圧設定値に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統電圧との大小関係、及び、自立系統周波数に所定の信頼係数を掛けた値と、商用系統周波数との大小関係に基づいて、商用系統電圧の有無を判定するように構成されている請求項１から７の何れかに記載のリレーの異常検出装置。
9. 系統連系用の特定リレーを介して商用系統と連系する系統連系運転と、自立系統用リレーを介して自立系統に給電する自立運転とを切替可能な制御装置を備えている単相または三相のパワーコンディショナであって、
   請求項１から８の何れかに記載のリレーの異常検出装置が前記制御装置に組み込まれているパワーコンディショナ。