JP6255671B2 - Inverter - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電システムなどに用いられるパワーコンディショナに関する。 The present invention relates to a power conditioner used for a photovoltaic power generation system or the like.
この種従来のパワーコンディショナは、系統連系インバータとも称され、例えば下記の特許文献1に開示されている。この従来のパワーコンディショナは、太陽光発電パネルから供給される直流の発電電力を昇圧し安定化するための非絶縁形DC/DCコンバータ(昇圧回路4)と、該コンバータが出力する直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換し出力するDC/ACインバータ(正弦波生成回路5)とを備えている。このコンバータとインバータとは、通常、特許文献2などに示されるように、DCリンクコンデンサ(DCリンク部)を介して接続されている。このDCリンクコンデンサは、リップルフィルタ機能を提供してインバータの入力電圧を安定化することによって出力波形を安定化するものであって、DCリンクコンデンサの両端電圧が目標電圧となるように制御部によってコンバータの動作が制御される。
This type of conventional power conditioner is also referred to as a grid-connected inverter, and is disclosed, for example, in
太陽光発電電力は商用電力系統への逆潮流による売電が認められる一方、他の需要家への悪影響や電気事業者や他の需要家の設備の保全への支障を考慮し、インバータの出力側に解列用保護リレー(解列開閉器)を設けることが義務付けられており、さらに、該保護リレーの正常動作を担保することが求められている。 While photovoltaic power generation is allowed to be sold due to the reverse power flow to the commercial power system, the output of the inverter is taken into consideration for the adverse effects on other customers and the obstacles to the maintenance of facilities of electric utilities and other customers. It is obliged to provide a disconnection protection relay (disconnection switch) on the side, and further, it is required to ensure the normal operation of the protection relay.
特許文献1記載の技術では、インバータと保護リレーとの間に解列動作確認用の電圧検出器9を追加し、インバータ回路部を停止させるとともに保護リレーをオフにした状態での電圧検出器9の検出値に基づいて保護リレーが正常か否かを判断するように構成されている。
In the technique described in
また、特許文献2記載の技術では、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1の接点部と第2の接点部について、第1の接点部のX側と第2の接点部のZ側の電位差と、第1の接点部のY側と第2の接点部のX側の電位差をそれぞれフォトカプラによって検出することで、インバータ回路と商用電力系統が連系する前に、各接点部が溶着しているか否かを検出するように構成されている。
Further, in the technique described in
上記特許文献1及び2のいずれも、通常動作時には不要な電圧検出器乃至フォトカプラを要し、部品点数が増えることによりコスト増を招くとともに、これら追加部品の保全管理も必要となる。
Both of
一方、パワーコンディショナのインバータとしては電圧形ブリッジインバータが一般的に採用されており、この電圧形ブリッジインバータは、4つのスイッチング素子をH型に接続してなるHブリッジ回路によって主構成され、各スイッチング素子に帰還ダイオードを並列に接続し、かかる電圧形ブリッジインバータを電流モード制御することによって系統電力に連系する交流波形を出力するようになっている。また、コンバータとしては昇圧チョッパ回路が一般的に採用されている。このような回路構成であるため、コンバータ及びインバータの制御停止時に解列用保護リレーを閉制御(並列制御)させると、帰還ダイオードを介して系統電力がDCリンクコンデンサに供給され、DCリンクコンデンサの両端電圧が交流の系統電圧の最大値付近にまで上昇する。一方、解列用保護リレーを開制御(解列制御)すると、コンバータの入力側の電圧が昇圧チョッパ回路を素通りしてそのままDCリンクコンデンサに印加され、発電量が低下してコンバータの入力電圧が低くなればDCリンクコンデンサの両端電圧も低くなる。 On the other hand, a voltage source bridge inverter is generally employed as the inverter of the power conditioner, and this voltage source bridge inverter is mainly composed of an H bridge circuit in which four switching elements are connected in an H shape, A feedback diode is connected in parallel to the switching element, and an AC waveform linked to the system power is output by controlling the voltage source bridge inverter in a current mode. Further, a boost chopper circuit is generally employed as the converter. Due to such a circuit configuration, when the disconnection protection relay is closed (parallel control) when the control of the converter and the inverter is stopped, the system power is supplied to the DC link capacitor via the feedback diode. The voltage at both ends rises to near the maximum value of the AC system voltage. On the other hand, when the disconnection protection relay is controlled to open (disconnection control), the voltage on the input side of the converter passes through the step-up chopper circuit and is applied to the DC link capacitor as it is. If it is lowered, the voltage across the DC link capacitor is also lowered.
本発明は、上記の知見を応用することによってなされたものであり、通常動作時に用いられる回路構成を利用して解列用保護リレーの故障判定を行えるようにすることで、部品点数の削減、回路構成の簡素化を図り、ひいてはコスト低減を図ることを目的とする。 The present invention has been made by applying the above knowledge, and by enabling failure determination of the disconnection protection relay using the circuit configuration used during normal operation, the number of parts can be reduced, The purpose is to simplify the circuit configuration and to reduce the cost.
上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
すなわち、本発明のパワーコンディショナは、DCリンク部と、発電部から供給される電力を昇圧して前記DCリンク部に出力するコンバータと、前記DCリンク部から供給される電力を系統電力に連系する交流電力に変換して出力するインバータと、前記DCリンク部の電圧を検出するDCリンク電圧検出手段と、前記インバータの出力側に設けられた第1の解列用保護リレーと、前記コンバータ、前記インバータ及び前記保護リレーを制御するための制御部とを備え、前記インバータは、前記保護リレーの接点を閉じると前記DCリンク部に系統電力を供給可能な回路構成であり、該制御部は、所定条件を満たすときの前記保護リレーへの制御指令内容と前記DCリンク電圧検出手段の検出値との関係に基づいて解列動作の異常判定を行う機能を有することを特徴とするものである(請求項1)。 That is, the power conditioner of the present invention connects the DC link unit, the converter that boosts the power supplied from the power generation unit and outputs the boosted power to the DC link unit, and the power supplied from the DC link unit to the system power. An inverter that converts and outputs AC power to the system, DC link voltage detection means that detects the voltage of the DC link unit, a first disconnection protection relay provided on the output side of the inverter, and the converter A control unit for controlling the inverter and the protection relay, and the inverter has a circuit configuration capable of supplying system power to the DC link unit when a contact of the protection relay is closed. The disconnection operation abnormality is determined based on the relationship between the control command content to the protection relay when the predetermined condition is satisfied and the detected value of the DC link voltage detecting means. It is characterized in that it has a function (claim 1).
かかる本発明のパワーコンディショナによれば、保護リレーが正常であれば、保護リレーを開制御するとDCリンク部は系統から電気的に切り離され、DCリンク電圧は発電部の発電量やコンバータの動作状態に依存する電圧となるとともに、保護リレーを閉制御するとDCリンク部が系統に電気的に接続され、DCリンク電圧は系統電力の影響を受ける。一方、保護リレーが例えば溶着等によって接点が閉じた状態で固着している場合には、保護リレーを開制御してもDCリンク部は系統から電気的に切り離されず、DCリンク電圧が系統電力の影響を受ける。したがって、上記所定条件を適切に設定することによって、保護リレーへの制御指令内容とDCリンク電圧検出手段の検出値との関係に基づいて解列動作の異常判定を行うことができ、通常の連系運転時にコンバータの制御パラメータとなるDCリンク電圧を検出するためのDCリンク電圧検出手段を用いて保護リレーの異常判定を行うことができるので、部品点数の削減や回路構成の簡素化を図ることができる。 According to the power conditioner of the present invention, if the protection relay is normal, when the protection relay is controlled to open, the DC link unit is electrically disconnected from the system, and the DC link voltage is generated by the power generation unit and the converter operation. While the voltage depends on the state, when the protection relay is closed, the DC link unit is electrically connected to the system, and the DC link voltage is affected by the system power. On the other hand, when the protective relay is fixed with the contact closed by, for example, welding, the DC link portion is not electrically disconnected from the system even if the protective relay is controlled to open, and the DC link voltage is to be influenced. Therefore, by properly setting the predetermined condition, it is possible to determine the disconnection operation abnormality based on the relationship between the content of the control command to the protection relay and the detected value of the DC link voltage detecting means. Since it is possible to determine the abnormality of the protection relay using the DC link voltage detection means for detecting the DC link voltage that becomes the control parameter of the converter during system operation, the number of parts can be reduced and the circuit configuration can be simplified. Can do.
なお、上記解列動作異常判定機能は、所定の制御フローの実行によって実現することができ、さらに、この制御フローの初期に上記所定条件の判定を行うように構成できる。所定条件としては、発電部の発電出力が不足してDCリンク電圧を通常の連系運転時の目標電圧に維持できない状態を直接的又は間接的に判定する種々の条件のいずれか乃至複数を含むことができる。例えば、日照量が不足する夜間時間帯であることを所定条件として含むことができ、夜間時間帯であることは制御部の内蔵時計が示す現在時刻データ若しくは外部から入力する現在時刻データに基づいて判定することができる。また、発電部からコンバータへの入力電圧が所定電圧未満であることを所定条件として含むことができ、当該入力電圧は、発電部とコンバータとの間に設けた電圧センサによって計測してもよいし、また、コンバータが昇圧チョッパ回路などのように制御停止時に入力電圧がそのまま出力側に印加される回路構成であれば、解列用保護リレーを開制御し且つコンバータの制御停止している状態におけるDCリンク電圧検出手段の検出値をコンバータへの入力電圧であるとみなして用いることも可能である。また、所定の制御フローの実行回数を1日に1回とするなど、所定期間毎の実行回数を制限することができる。 The disconnection operation abnormality determination function can be realized by executing a predetermined control flow, and can be configured to determine the predetermined condition at the beginning of the control flow. The predetermined condition includes one or more of various conditions for directly or indirectly determining a state where the power generation output of the power generation unit is insufficient and the DC link voltage cannot be maintained at the target voltage during normal interconnection operation. be able to. For example, it can be included as a predetermined condition that it is a night time zone in which the amount of sunshine is insufficient, and the night time zone is based on current time data indicated by a built-in clock of the control unit or current time data input from the outside Can be determined. Moreover, it can include as a predetermined condition that the input voltage from the power generation unit to the converter is less than a predetermined voltage, and the input voltage may be measured by a voltage sensor provided between the power generation unit and the converter. In addition, if the converter has a circuit configuration in which the input voltage is directly applied to the output side when the control is stopped, such as a boost chopper circuit, the disconnection protection relay is opened and the converter is stopped. It is also possible to use the detection value of the DC link voltage detection means by regarding it as the input voltage to the converter. In addition, the number of executions of the predetermined control flow can be limited, for example, once a day.
好ましくは、制御部は、解列動作の異常を判定したときに異常報知を行う報知手段を備えることができる。これによれば、異常が生じたことをユーザー等に迅速に知らせて、修理を促すことができる。また、制御部は、解列動作の異常を判定したときはコンバータ及びインバータの制御を禁止するように構成することが好ましい。 Preferably, the control unit can be provided with an informing means for informing an abnormality when it is determined that the disconnection operation is abnormal. According to this, it is possible to promptly notify the user or the like that an abnormality has occurred and to prompt repair. Further, it is preferable that the control unit is configured to prohibit the control of the converter and the inverter when it is determined that the disconnection operation is abnormal.
また、前記所定条件として、前記コンバータの制御を停止していることを含むことができる(請求項1)。さらに、前記インバータの制御をも停止していることを所定条件として含むこともできる。これによれば、コンバータの動作によってDCリンク部が所定電圧以上に昇圧されてしまったり、インバータの動作によってDCリンク部の電圧が不安定となることを回避して、解列動作の異常判定を確実に行うことができる。なお、解列されている状態でコンバータが動作していてもDCリンク部の電圧が所定電圧未満となるのであればコンバータを必ずしも停止させる必要はなく、また、並列されている状態でインバータが動作していてもDCリンク部の電圧が所定電圧より高くなるのであればインバータを必ずしも停止させる必要はない。 Further, as the predetermined condition, the control of the converter may include stopped (claim 1). Furthermore, it can also be included as a predetermined condition that the control of the inverter is also stopped. According to this, it is possible to avoid disconnection operation abnormality determination by avoiding that the DC link unit is boosted to a predetermined voltage or more by the operation of the converter or the voltage of the DC link unit becomes unstable by the operation of the inverter. It can be done reliably. Even if the converter is operating in the disconnected state, it is not always necessary to stop the converter if the DC link voltage is less than the predetermined voltage, and the inverter operates in the parallel state. However, if the voltage of the DC link portion becomes higher than the predetermined voltage, it is not always necessary to stop the inverter.
なお、前記制御部が、前記保護リレーを開制御した状態で前記DCリンク電圧検出手段の検出値が所定電圧より高いと解列動作に異常があると判定するものであれば、保護リレーの接点を開くように制御部が保護リレーを制御しているにもかかわらず、保護リレーの接点が閉じたままであるために系統電力がDCリンク部に供給されてDCリンク電圧が所定電圧より高くなっていることに基づく異常判定を行うことができる。なお、保護リレーの開制御した状態とは、制御部から保護リレーに指令信号を送出していない状態を含み、保護リレーは制御指令が無い場合に自立的に接点を開くように構成することができる。 Incidentally, the control section, if the detected value of the DC link voltage detection means the protective relay in the open control state is intended to determine that there is an abnormality in the disconnection operation and higher than the predetermined voltage, the contact of the protection relay Even though the control unit controls the protection relay so as to open the power, the contact of the protection relay remains closed, so that the system power is supplied to the DC link unit and the DC link voltage becomes higher than the predetermined voltage. An abnormality determination based on being present can be performed. The state in which the protection relay is controlled to open includes a state in which a command signal is not sent from the control unit to the protection relay, and the protection relay may be configured to open the contact autonomously when there is no control command. it can.
また、前記第1の解列用保護リレーに直列に接続された第2の解列用保護リレーをさらに備え、第1及び第2の保護リレーは独立して開閉制御可能であり、前記制御部は、第1の保護リレーを開制御し且つ第2の保護リレーを閉制御した状態で前記DCリンク電圧検出手段の検出値が所定電圧より高いとき、及び/又は、第2の保護リレーを開制御し且つ第1の保護リレーを閉制御した状態で前記DCリンク電圧検出手段の検出値が所定電圧より高いときに、解列動作に異常があると判定するものであってよい。これによれば、2段の保護リレーによって解列動作の確実性を一層担保したものにおいて、いずれか一方の保護リレーを開制御し他方の保護リレーを閉制御することによって一方の保護リレーの閉固着に起因する解列動作の異常を判定することができる。なお、第1及び第2の保護リレーの一方のみに異常が生じれば解列動作に異常があると判定してもよく、また、いずれか一の保護リレーに異常が生じても解列動作に異常があるとは判定せずに両方の保護リレーに異常が生じたときに解列動作に異常があると判定してもよい。 The control circuit further includes a second disconnection protection relay connected in series to the first disconnection protection relay, wherein the first and second protection relays can be controlled to open and close independently. When the detection value of the DC link voltage detecting means is higher than a predetermined voltage in a state where the first protection relay is opened and the second protection relay is closed, and / or the second protection relay is opened. when the detected value of the DC link voltage detecting means controlling and the first protective relay while closing control is higher than a predetermined voltage, has good been made to determine that there is an abnormality in the disconnection operation. According to this, in the case where the reliability of the disconnection operation is further secured by the two-stage protection relay, one of the protection relays is closed by controlling the opening of one of the protection relays and closing the other protection relay. It is possible to determine an abnormality in the disengagement operation due to the sticking. Note that if an abnormality occurs in only one of the first and second protection relays, it may be determined that the disconnection operation is abnormal, and even if any one of the protection relays is abnormal, the disconnection operation is performed. It may be determined that there is an abnormality in the disconnection operation when an abnormality occurs in both of the protective relays without determining that there is an abnormality.
また、前記第1の解列用保護リレーに直列に接続された第2の解列用保護リレーをさらに備え、第1及び第2の保護リレーは独立して開閉制御可能であり、前記制御部は系統に並列している状態から解列させるに際し第1及び第2の保護リレーを開制御する前に前記コンバータの制御を停止するように構成され、さらに、前記制御部は、系統から解列するために第1及び第2の保護リレーのうちの一方を先に開制御した後に時間差を設けて他方を開制御するとともに、前記一方の保護リレーを開制御してから他方の保護リレーを開制御するまでの間に前記DCリンク電圧検出手段の検出値が所定電圧より低くならなければ解列動作に異常があると判定するものであってよい(請求項1)。これによれば、夕方など発電量が低下したりその他種々の要因によって系統から解列させる際に、第1及び第2の保護リレーを時間差を設けて順次開制御することで先に開制御を行った保護リレーの異常判定を行うことができる。保護リレーの開閉動作時には「カチッ」という比較的大きな音が発生し、本来解列動作が行われないタイミング(夜間など)に保護リレーの開閉動作を行うとユーザーに対し不安感を生じさせるおそれがあるが、本発明によればユーザーに不安感を生じさせることなく本来の解列動作のタイミングで一方の保護リレーの異常判定を行うことができる。 The control circuit further includes a second disconnection protection relay connected in series to the first disconnection protection relay, wherein the first and second protection relays can be controlled to open and close independently. Is configured to stop the control of the converter before opening the first and second protection relays when disconnecting from a state parallel to the system, and the control unit is disconnected from the system. In order to achieve this, one of the first and second protection relays is opened first and then the other is opened with a time difference. The one protection relay is opened and then the other protection relay is opened. If the detected value of the DC link voltage detecting means does not become lower than a predetermined voltage before the control, it may be determined that there is an abnormality in the disconnection operation (claim 1 ). According to this, when the power generation amount falls in the evening or when the power is disconnected from the system due to various other factors, the first and second protection relays are sequentially opened with a time difference to perform the opening control first. It is possible to determine the abnormality of the performed protection relay. When the protective relay is opened and closed, a relatively loud sound is heard, and if the protective relay is opened or closed at a time when the disconnection operation is not performed (such as at night), the user may feel uneasy. However, according to the present invention, it is possible to determine the abnormality of one of the protection relays at the timing of the original disconnection operation without causing anxiety to the user.
さらに、前記制御部は、解列動作毎に第1及び第2の保護リレーの開制御の順序を入れ替えるように構成されていることが好ましい(請求項2)。これによれば、解列動作毎に第1及び第2の保護リレーのいずれかを順次検査することができる。 Further, the control unit is preferably configured to change the order of the opening control of the first and second protective relay for each paralleled operation (claim 2). According to this, one of the first and second protection relays can be sequentially inspected for each disconnection operation.
また、前記インバータは電圧形ブリッジインバータであり、前記保護リレーの接点を閉じると電圧形ブリッジインバータを構成する帰還ダイオードを介して前記DCリンク部に系統電力が供給されるように構成されているものとすることができる(請求項3)。これによれば、保護リレーの接点を閉じることでDCリンク部が交流の系統電圧の最大値近傍に昇圧され、該系統電圧の最大値近傍の値を上記所定電圧として解列動作の異常判定を行うことができる。 The inverter is a voltage-type bridge inverter, and is configured such that when the contact of the protection relay is closed, system power is supplied to the DC link unit via a feedback diode that constitutes the voltage-type bridge inverter. (Claim 3 ). According to this, by closing the contact of the protective relay, the DC link unit is boosted to the vicinity of the maximum value of the AC system voltage, and the disconnection operation abnormality determination is performed with the value in the vicinity of the maximum value of the system voltage as the predetermined voltage. It can be carried out.
以上説明したように、本願の請求項1に係るパワーコンディショナによれば、保護リレーが正常であれば、保護リレーを開制御するとDCリンク部は系統から電気的に切り離され、DCリンク電圧は発電部の発電量やコンバータの動作状態に依存する電圧となるとともに、保護リレーを閉制御するとDCリンク部が系統に電気的に接続され、DCリンク電圧は系統電力の影響を受ける。一方、保護リレーが例えば溶着等によって接点が閉じた状態で固着してる場合には、保護リレーを開制御してもDCリンク部は系統から電気的に切り離されず、DCリンク電圧が系統電力の影響を受ける。したがって、上記所定条件を適切に設定することによって、保護リレーへの制御指令内容とDCリンク電圧検出手段の検出値との関係に基づいて解列動作の異常判定を行うことができ、通常の連系運転時にコンバータの制御パラメータとなるDCリンク電圧を検出するためのDCリンク電圧検出手段を用いて保護リレーの異常判定を行うことができるので、部品点数の削減や回路構成の簡素化を図ることができる。
As described above, according to the power conditioner according to
また、本願の請求項1に係るパワーコンディショナによれば、夕方など発電量が低下したりその他種々の要因によって系統から解列させる際に、第1及び第2の保護リレーを時間差を設けて順次開制御することで先に開制御を行った保護リレーの異常判定を行うことができ、ユーザーに不安感を生じさせることなく本来の解列動作のタイミングで一方の保護リレーの異常判定を行うことができる。
Further, according to the power conditioner according to
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電システムを示し、該発電システムは、太陽光発電部1と、該発電部1から供給される直流電力を単相三線式商用系統電力に系統連系する交流電力に変換して商用電力系統に出力するパワーコンディショナ2とから主構成されている。
FIG. 1 shows a solar power generation system according to a first embodiment of the present invention. The power generation system uses a solar
太陽光発電部1は、従来公知の適宜の構成であってよく、一般的には、建物の屋根などに設置された複数の太陽光発電パネルを備え、該パネルの発電出力がパワーコンディショナ2のコンバータ4の入力側に出力するように構成されている。なお、太陽光発電パネルの発電出力としては、例えば100〜140V程度のものとすることができる。太陽光発電パネルの発電量が不足する場合に、例えば早朝や夕方、或いは悪天候時など太陽光発電パネルに直射日光が照射されない場合にはコンバータ4の入力電圧は日照量に応じて低下する。また、発電部1とパワーコンディショナ2との間には発電部1からパワーコンディショナ2に供給される電力の電圧を測定する電圧センサ19が設けられ、該電圧センサ19の検出値は後述する制御部7に入力され、各種制御のパラメータとして利用される。
The photovoltaic
パワーコンディショナ2は、DCリンクコンデンサにより構成されるDCリンク部3と、発電部1から供給される直流電力を交流の系統電圧の最大値(例えば200V交流電力の場合は280V)に対応する所定電圧(例えば350V)に昇圧してDCリンク部3に出力する昇圧チョッパ回路からなるDC/DCコンバータ4と、DCリンク部3から供給される直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換して系統側に出力するための電圧形ブリッジインバータ5(DC/ACインバータ)と、インバータ5の出力側に設けられた2つの解列用保護リレー6(第1及び第2の保護リレー)と、上記コンバータ4・インバータ5及び保護リレー6を制御するための制御部7と、DCリンク部3の両端電圧を検出するためのDCリンク電圧センサ8(DCリンク電圧検出手段)とを備え、該電圧センサ8の検出値は制御部7に入力されて主としてコンバータ4の出力制御用パラメータとして利用される。また、2つの保護リレー6の出力側にはLCローパスフィルタなどにより構成されるフィルタ回路9が設けられており、該フィルタ回路9の出力側が単相三線式の系統に接続されている。
The
2つの保護リレー6は直列に接続され、各保護リレー6は制御部7によって独立して開閉制御可能である。すなわち、各保護リレー6は、制御部7から閉制御指令がなされるとその接点を閉じ、制御部7から開制御指令がなされるとその接点を開くように構成されている。一般的には、保護リレー6に電圧を印加した状態が閉制御指令とされ、保護リレー6に電圧を印加しない状態が開制御指令とされるいわゆるノーマリーオープンタイプのリレーが採用される。
Two
制御部7は、マイコンによって主構成され、各制御機能は制御プログラムとして実装されているが、各制御機能に対応する専用回路によって構成されていてもよい。 The control unit 7 is mainly configured by a microcomputer, and each control function is implemented as a control program, but may be configured by a dedicated circuit corresponding to each control function.
コンバータ4を構成する昇圧チョッパ回路は、昇圧リアクトル41と、該昇圧リアクトル41への昇圧動作時の電流の逆流を防止する昇圧用整流器42と、昇圧リアクトル41の蓄積エネルギーを制御するIGBTなどのスイッチング素子43とを備えており、整流器42のカソード側がDCリンクコンデンサ3の正極側に接続されている。制御部7はスイッチング素子43をPWM制御することによってコンバータ4の入出力電力制御を行うように構成されている。
The step-up chopper circuit that constitutes the
インバータ5は、フルブリッジ形の電圧形ブリッジインバータであり、4つのIGBTなどのスイッチング素子51をHブリッジ形に接続するとともに各スイッチング素子51に帰還ダイオード52を並列接続することにより構成されているとともに、出力側に連系リアクトル15が設けられている。このインバータ5は、いわゆる電流モード制御(電圧形インバータの電流制御)を行うことによって出力電流を制御するものであり、系統への電力出力時はDCリンク部3からの直流電力をPWM制御若しくはPAM制御によって交流電力に変換し、該交流電力はフィルタ回路9によって完全な正弦波に変換されて系統へ出力される。
The
また、本実施形態では、日中の発電中は発電電力によってパワーコンディショナ2を動作させるとともに、発電できない夜間などは系統電力によってパワーコンディショナ2を動作させるように構成されている。具体的には、パワーコンディショナ2は、制御部7の電源として機能するレギュレータ10と、該レギュレータ10の電力入力端子にDCリンク部3から直流電力を供給するための電力引込配線11を備え、該配線11には逆流防止用ダイオード12が設けられており、発電中はDCリンク部3からの電力を電源として制御部7を動作させるようになっている。また、系統電力をダイオードブリッジなどの整流手段13を介して直流電力に整流した上でレギュレータ10の電力入力端子に供給するための補助電源回路が設けられており、該補助電源回路は、上記整流手段13と、系統電力の供給をオンオフするためのリレー14とを備えている。このリレー14も制御部7によって制御され、例えば、DCリンク部3の電圧が制御部7の動作継続に必要な電圧未満になるとリレー14を閉制御して、系統電力の供給を受けて制御部7の動作を継続できるようになっており、DCリンク部3の電圧が十分高くなればリレー14を開制御するようになっている。なお、上記ダイオード12は、系統電力の供給を受けているときに系統電力が引込配線11を介してDCリンク部3に供給されないようにするためのものである。
Further, in the present embodiment, the
かかる本実施形態のパワーコンディショナ2の回路構成では、コンバータ4の制御を停止すると、コンバータ4の入力電圧が、昇圧用整流器42における若干の順電圧降下があるものの、ほぼそのままDCリンク部3に印加される。したがって、発電部1の発電出力電圧が降下し、コンバータ4の制御を停止すると、すぐにDCリンク部3の電圧はコンバータ4の入力電圧近傍、例えば100〜140V程度まで低下し、その後は徐々に低下する。
In such a circuit configuration of the
また、インバータ5の制御を停止して、2つの保護リレー6を閉制御すると、インバータ5の4つの帰還ダイオード52が交流−直流変換用ダイオードブリッジとして機能し、交流の系統電力が直流に整流されてDCリンク部3に印加され、これによりDCリンク部3が系統電圧の最大値近傍、例えば系統が200V交流電力である場合には280Vを超える程度まで充電されるようになる。
When the control of the
かかる特性を利用して、本実施形態の制御部7には、発電していない条件下での各保護リレー6への制御指令内容とDCリンク電圧センサ8が検出するDCリンク電圧値との関係に基づいて解列動作の異常判定を行う機能が具備されている。かかる解列動作異常判定機能は、例えば1日に1回制御部7において実行される制御フローによって実現することができ、この制御フローの一例を図2に示す。
By utilizing such characteristics, the control unit 7 according to the present embodiment has a relationship between the content of the control command to each
図2に示す解列動作異常判定機能の制御フローでは、まず、解列動作の異常判定を行う第1の条件として夜間であるか否かを判定し(ステップS1)、夜間でなければ当該機能を実行しないようにしている。夜間であるか否かの判定は、制御部7に内蔵された時計が示す現在時刻データを用いて、現在時刻が夜間の所定時刻であるかなどによって判定してもよく、また、発電部1の出力電圧を検出する電圧センサ19の検出値が所定の低電圧未満(例えば80V未満など)であれば夜間であると判定してもよい。
In the control flow of the disconnection operation abnormality determination function shown in FIG. 2, it is first determined whether or not it is nighttime as a first condition for determining abnormality of the disconnection operation (step S1). Not to run. Whether or not it is nighttime may be determined by using current time data indicated by a clock built in the control unit 7 based on whether the current time is a predetermined time of nighttime, or the
次に、解列動作の異常判定を行う第2の条件として、コンバータ4及びインバータ5の制御を停止しており、且つ、解列制御中であるか、即ち、2つの保護リレー6の両方を開制御しているか否かを判定し(ステップS2)、かかる条件を満たす場合にのみ解列動作の異常判定を行うようにプログラムされている。
Next, as a second condition for determining abnormality of the disconnection operation, whether the control of the
上記第1及び第2の条件を満たす場合に、本実施例では2つの保護リレー6の制御指令内容の3パターンについて異常判定を順次行う。すなわち、まず、2つの保護リレー6の両方が開制御中であるにもかかわらずDCリンク電圧が系統電圧の最大値より低い所定の電圧(例えば280V)よりも高くなっているか否かを判定する(ステップS3)。この時点ではDCリンク電圧が所定電圧より高くなっていれば解列動作に異常が生じていると判定するとともに、保護リレーの異常発生を表示装置や音声発生装置などによって報知する(ステップS4)。なお、異常判定時は、発電部1の発電出力が増加してもコンバータ4やインバータ5の制御を開始しないように制御部7を構成しておくことが好ましい。また、所定電圧としては、系統電圧の最大値に対してある程度のマージンをとって、例えば250V程度とすることもできる。また、上記ステップS3は設けなくてもよく、この場合、ステップS2において解列制御中であるか否かの判定も省略することができる。
In the present embodiment, when the first and second conditions are satisfied, abnormality determination is sequentially performed for three patterns of control command contents of the two protection relays 6. That is, first, it is determined whether the DC link voltage is higher than a predetermined voltage (for example, 280 V) lower than the maximum value of the system voltage even though both of the two
ステップS3でDCリンク電圧が280V以下であるとき、次に、第1の保護リレー6を開制御するとともに第2の保護リレー6を閉制御して(ステップS5)、DCリンク電圧が所定電圧よりも高くなるか否かを判定し(ステップS6)、高くなれば第1の保護リレー6の接点が閉状態で固着していることが原因であると考えられるため、異常発生時の上記ステップS4に移行する。なお、このとき、どちらの保護リレー6に故障が発生しているか否かを識別できるように異常報知を行うことも可能である。
When the DC link voltage is 280 V or less in step S3, next, the
ステップS6でDCリンク電圧が280V以下であるときに、次に、第2の保護リレー6を開制御するとともに第1の保護リレー6を閉制御して(ステップS7)、DCリンク電圧が所定電圧よりも高くなるか否かを判定し(ステップS8)、高くなれば第2の保護リレー6の接点が閉状態で固着していることが原因であると考えられるため、異常発生時の上記ステップS4に移行する。なお、このとき、どちらの保護リレー6に故障が発生しているか否かを識別できるように異常報知を行うことも可能である。
When the DC link voltage is 280 V or less in step S6, next, the
そして、異常が判定されなければ両保護リレー6を開制御して、解列動作異常判定機能の実行を終了する。なお、保護リレー6の接点固着は頻繁に生じるものではないため、この機能の実行は1日に1回など、所定期間の間の実行回数が限定されている。
If no abnormality is determined, both
なお、上記制御フローのステップS6及びステップS8では、いずれか一方の保護リレー6の異常が検知されるとステップS4に移行して解列動作に異常が生じたと判定するように構成しているが、2つの保護リレー6の両方について異常が検知されたときに解列動作に異常が生じたと判定させることもでき、この場合はいずれか一方の保護リレー6の異常を検知しても、解列動作自体は行えるために解列動作に異常が生じたとは判定せずにパワーコンディショナ2の運転を行わせることが可能である。但し、いずれか一の保護リレーに障害が生じていることを表示画面などに表示しておくことも可能である。
In step S6 and step S8 of the control flow, when an abnormality is detected in one of the protection relays 6, the process proceeds to step S4 and it is determined that an abnormality has occurred in the disconnection operation. It can also be determined that an abnormality has occurred in the disconnection operation when an abnormality is detected in both of the two protection relays 6. In this case, even if an abnormality in one of the protection relays 6 is detected, the disconnection operation is detected. Since the operation itself can be performed, it is possible to operate the
図3及び図4は本発明の第2実施形態に係るパワーコンディショナ2を示しており、上記第1実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
3 and 4 show a
本実施形態では、系統から電力供給を受けるための補助電源回路が設けられておらず、制御部7はDCリンク部3から供給される発電電力のみによって動作する。したがって、発電されていない夜間などは制御部7は電源断により停止しており、太陽光発電パネルが発電し始め、DCリンク電圧が70V程度になると制御部7が起動し、DCリンク電圧が100V程度になると連系運転を開始するように制御部7が構成されている。
In the present embodiment, an auxiliary power circuit for receiving power supply from the system is not provided, and the control unit 7 operates only with the generated power supplied from the
本実施形態では、この連系運転開始時に保護リレー6の解列動作異常判定を行う。即ち、連系運転開始前はコンバータ4及びインバータ5の制御を停止しているとともに、両保護リレー6を開制御することで解列させているため、連系運転開始時点のDCリンク電圧は上記したように100V程度である。一方、コンバータ4の制御開始前に両保護リレー6を閉制御すると、系統電力がDCリンク部3に供給されてDCリンク電圧が280V程度まで上昇するが、いずれか一方の保護リレー6が開制御されていればDCリンク電圧は上昇しないはずであるため、このことを利用して保護リレー6の接点溶着を検出する。
In the present embodiment, the disconnection operation abnormality determination of the
図4は本実施形態における解列動作異常判定機能の制御フローの一例を示しており、上記した図2の制御フローと異なる点について説明すると、本実施例の制御フローは制御部7の起動後、連系運転を開始する直前に実行されるものとなっている。本実施形態のパワーコンディショナ2には補助電源回路が設けられていないため、制御部7の構成によっては前回電源断されたときの制御用パラメータが不揮発性メモリに残っている場合などもあるため、制御部7内に残るデータに基づいてステップS2でコンバータ4及びインバータ5の制御が停止されていること、及び、解列制御中であることが判定されないときには、コンバータ4及びインバータ5の制御状態をリセットして停止させるとともに両保護リレー6を解列動作させる制御を行うようにしている(ステップS11)。
FIG. 4 shows an example of the control flow of the disconnection operation abnormality determination function in the present embodiment. The difference from the control flow of FIG. 2 described above will be described. This is executed immediately before the start of interconnection operation. Since the
また、ステップS3では、系統電力がDCリンク部3に供給されている以外の何らかの理由によって既にDCリンク電圧が所定電圧を超えている状況も発電システム構成によっては考えられるため、この場合には解列動作異常判定をスキップしてステップS9へ移行するようにしている。
In step S3, a situation in which the DC link voltage already exceeds the predetermined voltage for some reason other than the grid power being supplied to the
ステップS9で両保護リレー6を開制御することによって一旦解列させた後、通常の連系運転制御を開始し、コンバータ4及びインバータ5の制御を順次開始するとともに、両保護リレー6を閉制御することによってパワーコンディショナ2を系統に並列させ、発電電力を系統に出力する。
In step S9, the two
本実施形態によれば、発電開始直前に保護リレー6の異常判定を行うことができるので、長期間使用せず放置されていた場合でも運転開始時に解列動作が正常に行われるか否かを確認して、異常検出時には連系運転を行わないようにすることが可能である。
According to the present embodiment, since it is possible to determine the abnormality of the
図5は本発明の第3実施形態に係るパワーコンディショナー2の解列動作異常判定機能の制御フローを示しており、本実施形態では、夕方などの発電量が低下したときなどの解列動作時に解列動作異常判定機能を実行する。
FIG. 5 shows a control flow of the disconnection operation abnormality determination function of the
かかる本実施形態の解列動作異常判定機能の制御フローを具体的に説明すると、制御部7が発電量の低下を上記電圧センサ19の検出値などに基づいて検知すると(ステップS12)、制御部7は両保護リレー6の閉制御状態(並列状態)を維持したままコンバータ4及びインバータ5の制御を停止する(ステップS13)。すると、DCリンク電圧は系統電圧の最大値近傍である280V程度となるはずであるが、280V近傍にならなければ(ステップS14)、何らかの異常が生じているということであるから適宜のエラー処理を行う(ステップS19)。なお、この場合の異常としては、例えば、電圧センサ8の故障や断線、インバータ5を構成する各部品の故障などが考えられる。なお、発電量の低下時のみならず、その他の要因による解列動作時にも本実施形態の解列動作異常判定機能を実行することも可能である。
The control flow of the disconnection operation abnormality determination function of the present embodiment will be specifically described. When the control unit 7 detects a decrease in the amount of power generation based on the detection value of the
DCリンク電圧が280V付近となったことが確認されれば、第1及び第2の保護リレーのうちの一方の保護リレーAを開制御し、他方の保護リレーBを閉制御する(ステップS15)。すると、DCリンク部3が系統から電気的に切り離されるため、DCリンク部3は、発電量が低下して低電圧となったコンバータ4の入力電圧近傍の電圧となるはずであるが、入力電圧近傍の電圧にならなければ(ステップS16)、一方の保護リレーAの接点が閉状態で固着していることが原因と考えられるため、ステップS4において解列動作に異常が生じたと判定するとともに保護リレー異常報知を行う。なお、ステップS16においては、DCリンク電圧が系統電圧の最大値よりも大きく低下したことを検出できればよく、その一実施例として、系統電圧の最大値よりも低い電圧である入力電圧と比較しているが、該入力電圧よりも高く系統電圧の最大値よりも低い所定電圧とDCリンク電圧とを比較しても構わない。
If it is confirmed that the DC link voltage is close to 280 V, one of the first and second protection relays A is controlled to open, and the other protection relay B is closed (step S15). . Then, since the
一方、DCリンク電圧が入力電圧近傍になれば一方の保護リレーAは正常動作していると確認でき、他方の保護リレーBを開制御して、2つの保護リレーの開制御による解列動作を完了する。また、次回の解列動作時に2つの保護リレーの開制御の順序を入れ替えて他方の保護リレーの判定を行うために、第1及び第2の保護リレー6と、保護リレーA,Bとの対応関係を入れ替える(ステップS18)。かかる対応関係は、制御部7に内蔵された不揮発性メモリに記憶しておくことができる。 On the other hand, if the DC link voltage is close to the input voltage, it can be confirmed that one of the protection relays A is operating normally, and the other protection relay B is controlled to open and the disconnection operation is performed by opening the two protection relays. Complete. Further, in order to perform the determination of the other protection relay by changing the order of opening control of the two protection relays at the next disconnection operation, the correspondence between the first and second protection relays 6 and the protection relays A and B The relationship is exchanged (step S18). Such a correspondence relationship can be stored in a nonvolatile memory built in the control unit 7.
本実施形態によれば、解列動作時に2つの保護リレー6の開制御の時間差を設けることによって一方の保護リレーの閉固着に起因する解列動作の異常の発生を判定することができ、解列動作異常判定のためだけに保護リレー6を開閉することがないため、予期せぬタイミングで保護リレー6の動作時の騒音が生じることを回避できる。
According to the present embodiment, it is possible to determine the occurrence of an abnormality in the disconnection operation due to the closed adhering of one protection relay by providing a time difference in the open control of the two
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更することができる。例えば、インバータは、絶縁型であっても誘導電圧により保護リレーの並列動作時にはDCリンク部に系統電力が供給される構成も考えられるため、DCリンク部の電圧判定の閾値を適切に設定することによって本発明の解列動作異常判定機能を実施することが可能である。また、保護リレーは1つであってもよく、3つ以上設けてもよい。また、解列動作異常判定の所定条件として、発電部からコンバータへの入力電圧が系統電力の電圧の最大値よりも低いことを含むこともできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the design can be changed as appropriate. For example, even if the inverter is an insulation type, a configuration in which system power is supplied to the DC link unit when the protection relay is operated in parallel by an induced voltage is also conceivable. Thus, it is possible to implement the disconnection operation abnormality determination function of the present invention. One protective relay may be provided, or three or more protective relays may be provided. Further, the predetermined condition for determining the disconnection operation abnormality may include that the input voltage from the power generation unit to the converter is lower than the maximum value of the system power voltage.
1 発電部
2 パワーコンディショナ
3 DCリンク部
4 コンバータ
5 インバータ
6 保護リレー
7 制御部
8 DCリンク電圧検出手段
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記所定条件として、前記コンバータの制御を停止していることを含み、
前記第1の解列用保護リレーに直列に接続された第2の解列用保護リレーをさらに備え、第1及び第2の保護リレーは独立して開閉制御可能であり、前記制御部は系統に並列している状態から解列させるに際し第1及び第2の保護リレーを開制御する前に前記コンバータの制御を停止するように構成され、さらに、前記制御部は、系統から解列するために第1及び第2の保護リレーのうちの一方を先に開制御した後に時間差を設けて他方を開制御するとともに、前記一方の保護リレーを開制御してから他方の保護リレーを開制御するまでの間に前記DCリンク電圧検出手段の検出値が所定電圧より低くならなければ解列動作に異常があると判定することを特徴とするパワーコンディショナ。 A DC link unit, a converter that boosts the power supplied from the power generation unit and outputs the boosted power to the DC link unit, and converts the power supplied from the DC link unit into AC power linked to the system power for output Controls an inverter, DC link voltage detection means for detecting the voltage of the DC link unit, a first disconnection protection relay provided on the output side of the inverter, the converter, the inverter and the protection relay And the inverter has a circuit configuration capable of supplying system power to the DC link unit when a contact of the protection relay is closed, and the control unit is configured to satisfy a predetermined condition. In a power conditioner having a function of performing abnormality determination of a disconnection operation based on the relationship between the content of the control command to the DC link and the detection value of the DC link voltage detection means ,
The predetermined condition includes stopping the control of the converter,
A second disconnection protection relay connected in series to the first disconnection protection relay; the first and second protection relays can be independently controlled for opening and closing; Is configured to stop the control of the converter before the first and second protection relays are opened and controlled to be disconnected from the system. After opening one of the first and second protection relays first, a time difference is provided to open the other, and after opening the one protection relay, the other protection relay is opened. A power conditioner characterized in that if the detected value of the DC link voltage detecting means does not become lower than a predetermined voltage until then, it is determined that the disconnection operation is abnormal.
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