JP6268068B2 - パワーコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、パワーコンディショナに関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１３−７０５６９号公報がある。この公報には、「発電制御部に通信状態判定手段及び異常判定手段を設け、電力系統の異常とブレーカの作動を判別することができる。」また、「発電装置が起動時や停止時であっても発電制御部にバッテリから電力が供給されるため、電力系統の異常かブレーカの作動かを確実に判別することができる。」と記載されている。

特開２０１３−７０５６９号公報

前記特許文献１では、電力系統の異常とブレーカの作動を判別する方法として、発電制御部に通信状態判定手段を設け、さらにバッテリからの電力供給を必要としているが、外部に電力供給装置を設けることで、システムのコストアップやメンテナンスの手間がかかる上、電力供給装置が無いと通信状態判定手段を使用して判別することができない。

本発明は、太陽電池と接続する第一のブレーカと、電源系統と接続する第二のブレーカと、制御回路と接続する第三のブレーカと、制御電源回路と、該電源系統からの電力がなくなった場合に、前記第一のブレーカと前記第二のブレーカと前記第三のブレーカのＯＮ／ＯＦＦ状態を保持するブレーカ状態検出部と、前記ＯＮ／ＯＦＦ状態に基づき停電が発生しているか否かを判定する判定部と、を備える制御回路と、を備えるパワーコンディショナである。

本発明によれば、低コストで異常を判別するパワーコンディショナを提供することができる。

パワーコンディショナの構成説明図 系統異常検出手段構成図 系統異常検出のタイムチャート 停電検出フロー 夜間停電時の系統異常検出のタイムチャート

以下、実施例を図を用いて説明する。

本実施例では、パワーコンディショナへの電力供給が途絶えた時点のブレーカの状態をメモリに記憶させることで、ブレーカの遮断か、系統または太陽電池からの電力供給が途絶えたのかがわかる機能を説明する。

図１は、本実施例のパワーコンディショナの構成図の例である。

図１にて、パワーコンディショナ１００は、系統１と太陽電池２から電力供給を受けている。パワーコンディショナ１００には、系統側ブレーカ１０、直流側ブレーカ１１、制御電源用ブレーカ１２、ＰＴ２０、トランス２１、フィルタ２２、ＣＴ２３、インバータ２４、直流部コンデンサ２５、制御電源回路３０、制御回路４０を備えて構成され、制御回路４０は、運転条件判定部４１、パルス生成部４２、ブレーカ状態検出部４３、系統異常検出手段５０を備える。

インバータ２４は太陽電池２から受けた直流電力を交流電力に変換し、フィルタ２２、トランス２１を介して系統１に接続されている。

系統１側には系統側ブレーカ１０、太陽電池２側には直流側ブレーカ１１を搭載している。

系統１は、制御電源用ブレーカ１２を介して制御電源回路３０へ電力を供給し、この制御電源回路３０から制御回路４０へ電源を供給している。また、制御電源回路３０は太陽電池２からも電力供給を受けているため、系統１または太陽電池２のどちらか一方が電力を供給できる状態であれば、制御電源回路３０は制御回路４０へ電源を供給できる。

この制御回路４０は、系統異常検出手段５０、運転条件判定部４１、パルス生成部４２、ブレーカ状態検出部４３を有し、また、ブレーカ状態検出部４３は、系統側ブレーカ１０、直流側ブレーカ１１、制御電源用ブレーカ１２（以下、全ブレーカとする）の補助接点信号を取り込んでいる。

制御回路４０が有する系統異常検出手段５０は、制御回路４０の外部に設けられていても問題ない。

系統異常検出手段５０は、ＰＴ２０で電圧を検出し、系統異常判定信号を運転条件判定部４１に出力している。

運転条件判定部４１は、系統異常検出手段５０から入力された信号と、直流部コンデンサ２５の電圧を監視し、運転が行える条件が整っていれば、パルス生成部４２へ信号を出力する。

パルス生成部４２は運転条件判定部４１から信号を入力されると、ＰＴ２０とＣＴ２３から検出している電圧、電流、また、監視している直流部コンデンサ２５の電圧をもとに、インバータ２４へ６本のスイッチング信号を出力する。

系統異常検出手段５０にて行っている系統の監視により、系統１に異常が発生すると運転条件を不成立とし、運転中の場合は停止する。系統が復電すると、予め選択していた自動または手動の復帰方法による動作を行う。自動を選択していた場合は自動的に運転を再開し、手動を選択していた場合は、外部からの手動復帰信号が無ければ運転条件を成立させない。

系統異常検出には電力会社との連系協議時に設定する検出時限が存在する。検出時限分の異常を検出することで系統異常と判断する。

この系統異常検出を行うため、制御回路４０に系統異常検出手段５０を設けている。

図２の系統異常検出手段構成図を用いて、系統異常検出手段について説明する。

系統異常検出手段５０には、ＲＭＳ演算５１、ＰＬＬ５２、単独運転判定部５３、ＯＶ判定部５４、ＵＶ判定部５５、ＯＦ判定部５６、ＵＦ判定部５７がある。ここで、ＯＶは過電圧、ＵＶは不足電圧、ＯＦは過周波数、ＵＦは不足周波数を指す。

ＲＭＳ演算５１では、ＰＴ２０で検出した三相の交流電圧信号から実効値を計算し、ＯＶ判定部５４とＵＶ判定部５５へ出力する。

ＯＶ判定部５４は、ＲＭＳ演算５１より入力された信号を、ＯＶ閾値と比較し、ＯＶ閾値よりも大きい状態が、検出時限よりも長い時間継続した場合に異常信号を出力する。

ＵＶ判定部５５は、ＲＭＳ演算５１より入力された信号を、ＵＶ閾値と比較し、ＵＶ閾値よりも小さい状態が、検出時限よりも長い時間継続した場合に異常信号を出力する。

同様にＰＬＬ５２では、ＰＴ２０で検出した三相の交流電圧信号から周波数を演算し、ＯＦ判定部５６、ＵＦ判定部５７へ周波数を出力する。

ＯＦ判定部５６は、ＰＬＬ５２より入力された信号を、ＯＦ閾値と比較し、ＯＦ閾値よりも大きい状態が、検出時限よりも長い時間継続した場合に異常信号を出力する。

ＵＦ判定部５７は、ＰＬＬ５２より入力された信号を、ＵＦ閾値と比較し、ＵＦ閾値よりも小さい状態が、検出時限よりも長い時間継続した場合に異常信号を出力する。

単独運転判定部５３は、ＰＴ２０で検出した電圧を判定し、単独運転動作を行っていた場合、信号を出力する。

これら、ＯＶ判定部５４、ＵＶ判定部５５、ＯＦ判定部５６、ＵＦ判定部５７、単独運転判定部５３のいずれかから異常信号が出力された場合に系統異常と判断し、系統異常信号を運転条件判定部４１へ出力する。

ここで、図３の系統異常検出のタイムチャートを用いて、夜間に停電が発生した場合の動作を説明する。

夜間及び直流側からの制御電源回路３０への電力供給が無い状態で停電が発生すると、パワーコンディショナ１００への電力供給が途絶えてしまうが、制御電源回路３０の内部にあるコンデンサによって制御回路４０への電源供給が持続される。その後電源供給が途絶え、系統が復電するとパワーコンディショナ１００が起動する。

このとき、検出時限が短く設定された場合は、系統異常を検出してから制御回路４０への電源供給が途絶える。この場合、電源供給が途絶える前に検出した異常を記憶装置等に保存し、次回の電源投入時に本情報を利用すれば、系統復電後は手動復帰待機状態となる。しかしながら、ブレーカ遮断時においても系統異常が検出できてしまうため、手動復帰待機状態となってしまう。

一方、検出時限を長く設定していた場合は、夜間に停電が発生すると、系統異常と判断する前に制御回路４０への電源供給が途絶えるため、系統異常を適切に検出することはできない。

この検出時限は、連系される電力系統に合わせて適切な値が決定されるため、数秒程度の値となる場合もあり、一般的に利用される電解コンデンサ等の回路では、現実的ではない。

外部に電力供給装置を設けることで、夜間に停電が発生した場合でも制御回路４０へ電源を供給することが可能となるため、系統異常検出処理が正常に動作することができるが、システムのコストアップのみならず、定期的にメンテナンスを行わなければ故障の際に正常に動作しない可能性がある。

上記に述べるように、外部からの電力供給装置無しで長時間の系統異常を検出することは非常に困難である。

そこで、制御電源回路３０に電力が供給され、制御回路４０が起動した際に必ず手動復帰とする方法がある。

この場合も長く設定された系統異常の検出は不可能だが、系統復電後に手動復帰操作が無く、自動的に運転を再開してしまうことを回避できる。

この場合、ユーザによるブレーカ遮断後の再投入時にも本来不要な手動復帰操作が要求されることから、使い勝手の低下が懸念される。

そこで、夜間停電とユーザによるブレーカ遮断を区別し、停電時のみを手動復帰状態とする方法が考えられる。

夜間停電は、太陽電池２からの直流電力供給がない状態で、系統１からの電力供給が途絶えるため、制御回路４０への電源供給が無くなる状態である。これは、直流側ブレーカ１１と制御電源用ブレーカ１２を遮断した場合にも同様となる。

ＰＴ２０にて電圧を常に監視しているが、電圧の状態だけでは夜間停電とブレーカ遮断の区別をすることができない。

そこで本発明では、パワーコンディショナ１００への電力供給が途絶えた時点のブレーカの状態を次の電源投入時に確認することで、電力の供給が無くなった要因が夜間停電か、ブレーカ遮断によるものかを判別できる手段を提供する。

この方法として、夜間停電直前までパワーコンディショナが運用されている場合、全ブレーカが投入された状態でパワーコンディショナ１００への電力供給が無くなるため、全ブレーカが投入された時点でその情報を記憶し、系統復電時にその情報を確認することで、夜間停電が発生したかどうかが判別できる。

系統側ブレーカ１０を含め、どれか一つでもブレーカが遮断された場合は、全ブレーカが投入された時点の情報を無効とする。

この判別方法を図４の停電検出フローを用いて説明する。

パワーコンディショナが起動すると（Ｓ４０１）、初めに起動時処理を行い、通常処理に遷移する。この通常処理では、ブレーカの状態を確認しており（Ｓ４０４）、全ブレーカが投入されていれば停電検出フラグをＯＮし（Ｓ４０６）、どれか一つでもブレーカが遮断されていた場合は、検出フラグをＯＦＦする（Ｓ４０５）。通常処理中は、常にブレーカの状態を確認している。

そして、起動時処理の際に手動復帰待機状態へ遷移するかどうかを、この停電検出フラグを確認することで判定を行っている（Ｓ４０２）。停電検出フラグがＯＮであった場合、手動復帰待機状態へ遷移し（Ｓ４０３）、通常処理へ移行する。

この停電検出フラグの情報を記憶させる方法として、電源を供給された揮発性メモリに書込む方法がある。このとき、揮発性メモリに供給する電源は、電力供給装置ではなく、メモリの状態を保存するだけの電力を備えたバッテリを指す。

また、揮発性メモリの代わりに不揮発性メモリを使用することで、バッテリを使用すること無く、ブレーカの状態を記憶することも可能である。

ここで、図５の夜間停電時の検出処理を用いて、正確にブレーカ状態を検出する方法について説明する。

夜間停電時にブレーカ状態検出部４３よりもブレーカの補助接点信号が先に切れてしまった場合、ブレーカ状態検出部４３はブレーカが遮断されたと判断し、停電検出フラグをＯＦＦしてしまう。

ブレーカ状態検出部４３よりもブレーカの補助接点信号が後に切れた場合は、停電検出フラグがＯＮの状態を継続し、電源供給が無くなるため、系統復電後に手動復帰待機状態に遷移することが可能となる。

このことから、ブレーカ補助接点信号はブレーカ状態検出部４３が処理を行えなくなるまでＯＮし続ける必要がある。

この動作を実現するために、例えば、制御電源回路３０が生成する電源を、抵抗を接続してブレーカの補助接点信号の電圧よりも低くなるようにし、ブレーカ状態検出部４３に入力する方法がある。これは、制御回路への電源供給が弱くなっていることを知らせる信号となる。

そのためこの電源信号の電圧は、制御回路４０への電源供給が途絶えてから、ブレーカ状態検出部４３が処理を行えなくなるまでの間にＯＦＦとなる電圧とする。

この電源信号がＯＦＦとなった時点で、ブレーカ状態検出部４３がブレーカ補助接点信号を無視することで、ブレーカ補助接点信号のＯＦＦがその後検出できたとしても、停電検出フラグをＯＦＦすることはない。

ここで、電源信号に接続した抵抗は、例えばダイオードなど、電圧を低下させる効果を持つ部品であれば代用可能である。

また、電源信号を作成する方法の他に、制御電源回路３０の電流を取り込む電流検出器を設け、ある一定の電流以下になるとブレーカ状態検出部４３がブレーカ補助接点信号を無視するようにすることで、代用可能である。

上記の方法を用いれば、外部に電力供給装置を設けること無く、夜間に系統異常が発生した場合でも、系統復電後に確実に手動復帰状態とすることが可能となる。また、ユーザによるブレーカ遮断後の再投入操作において、余計な手動復帰操作を行う必要がなく、安価で使いやすいシステムを提供できる。

以上のように、パワーコンディショナへの電力供給が途絶えた時点のブレーカの状態を記憶することで、外部に電力供給装置を設けることや、複雑な通信状態判定手段を用いること無く、電力系統の異常かブレーカの作動かを判別できる機能を提供することができる。外部に電力供給装置を設けることなく、パワーコンディショナへの電力供給が途絶えた時点のブレーカの状態を記憶することで、電力系統の異常かブレーカの作動かを判別できるため、システムの低コスト化が実現できる。また、判別方法に通信状態判定手段を用いることも無いため、システムの複雑化を防ぐことが可能となる。

１０系統側ブレーカ
１１直流側ブレーカ
１２制御電源用ブレーカ

Claims (3)

1. 太陽電池と接続する第一のブレーカと、
   電源系統と接続する第二のブレーカと、
   制御回路と接続する第三のブレーカと、
   制御電源回路と、
   該電源系統からの電力がなくなった場合に、前記第一のブレーカと前記第二のブレーカと前記第三のブレーカのＯＮ／ＯＦＦ状態を保持するブレーカ状態検出部と、前記ＯＮ／ＯＦＦ状態に基づき停電が発生しているか否かを判定する判定部と、を備える制御回路と、
   を備え、
   前記判定部では、前記第一のブレーカと前記第二のブレーカと前記第三のブレーカとが全てＯＮ状態である場合に停電が発生していると判定することを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 請求項１記載のパワーコンディショナであって、
   前記判定部では、前記第一のブレーカと前記第二のブレーカと前記第三のブレーカのうちいずれか一のブレーカがＯＦＦ状態である場合には、電源が遮断されていると判定することを特徴とするパワーコンディショナ。
3. 請求項１または請求項２に記載のパワーコンディショナであって、
   さらに、前記判定部にて停電が発生していると判定された場合に、警告を出す表示部を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。

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