JP6365012B2 - 分散型電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、分散型電源システムに関する。
分散型電源システムの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図2に示されているように、分散型電源システム(系統連系インバータシステム)の保護制御回路24は、電力線から取り込まれる交流電力をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ31と、A/Dコンバータ31により生成されるデジタル信号としきい値との比較を通じて交流電力の異常の有無を判定するPLD32とを備えている。PLD32は、A/Dコンバータ31に取り込まれる既知の基準電圧のA/D変換後の値に基づき、A/Dコンバータ31の異常を検出する機能を有している。
特開2013−212026号公報
上述した特許文献1に記載されている保護制御回路24においては、基準電圧が異常により変動した場合、系統電源の電圧の検出精度が悪化するおそれがある。この場合、系統電源の電圧の検出精度の悪化を検出したいという要請があった。
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、分散型電源システムにおいて、系統電源の電圧の検出精度悪化の検出をすることを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項1に係る分散型電源システムの発明は、直流電力を発電する発電装置と、発電装置からの直流電力を交流電力に変換し、交流の系統電源の複数相に対応する複数の電線が接続された各出力側端子から各電線に出力するインバータと、各電線にそれぞれ設けられる開閉器であって、系統電源とインバータとの間に配設されている常開型の開閉器と、各電線の系統電源の電圧を検出する系統電圧検出回路と、系統電圧検出回路によって検出された系統電源電圧が入力される制御装置と、を備え、制御装置は、第一基準電圧が入力されるとともに、系統電圧検出回路からの第一検出回路出力が入力される第一A/D変換部と、第二基準電圧が入力されるとともに、系統電圧検出回路からの第二検出回路出力が入力される第二A/D変換部と、第一A/D変換部からの第一A/D出力値および第二A/D変換部からの第二A/D出力値を入力して比較する比較部と、比較部から入力した比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度の判定を行う検出精度判定部と、を備えている。
これによれば、系統電源電圧の検出は2つの独立した系統により行うことができる。すなわち、一方の系統は、第一基準電圧が入力されている第一A/D変換部が、系統電圧検出回路からの第一検出回路出力を入力することにより、系統電源電圧の検出を行う系統である。もう一方の系統は、第二基準電圧が入力されている第二A/D変換部が、系統電圧検出回路からの第二検出回路出力を入力することにより、系統電源電圧の検出を行う系統である。このような構成にすることにより、比較部は、第一A/D変換部からの第一A/D出力値および第二A/D変換部からの第二A/D出力値を入力して比較する。検出精度判定部は、比較部から入力した比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度の判定を行うことができる。よって、制御装置は、系統電源電圧の検出精度悪化の検出を確実に行うことができる。
た請求項1に係る分散型電源システムにおいて、系統電圧検出回路は、各電線の電圧を検出する複数の検出部および加算部を備え、検出部の各入力端子は各電線のうち2つの電線に接続されるとともに、検出部の各出力端子は第一A/D変換部に接続され、加算部の入力端子は検出部の各出力端子に接続されるとともに、加算部の出力端子は第二A/D変換部に接続されている。
これによれば、簡単な構成により、系統電圧検出回路の出力が少なくとも二系統となる構成とすることができるとともに、第二A/D変換部の制御負担を軽減することができる。
また請求項2に係る発明は、請求項1に係る分散型電源システムにおいて、第一基準電圧を生成して第一A/D変換部に供給するとともに、第二基準電圧を生成して第二A/D変換部に供給する基準電圧供給部をさらに備えている。
これによれば、第一A/D変換部に供給する第一基準電圧と、第二A/D変換部に供給する第二基準電圧と、を独立して供給することが可能となる。よって、片方の基準電圧が異常となり、第一A/D変換部の出力値と第二A/D変換部の出力値と間にズレが生じることにより、系統電源電圧の検出精度悪化した場合、その系統電源電圧の検出精度悪化の検出を確実に行うことができる。
本発明による分散型電源システムの一実施形態の概要を示す概要図である。 図1に示す制御装置および系統電源検出回路の詳細を示す図である。
以下、本発明による分散型電源システムの一実施形態について説明する。図1に示すように、分散型電源システム10は、発電装置である燃料電池11、コンバータ12、インバータ13、平滑回路14、解列リレー15および制御装置16を備えている。
燃料電池11は、直流電力を発電する発電装置である。発電装置は、燃料電池11以外の直流電力を発電する発電装置(例えば、太陽光電池、ガスエンジンなど)でもよい。
コンバータ12は、燃料電池11からの直流電力を昇圧してインバータ13に出力する。コンバータ12は、図示しないリアクトル、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)のようなスイッチング素子、ダイオード、コンデンサなどにより構成されている。コンバータ12の入力側端子12aは、燃料電池11の正極側に接続され、コンバータ12の入力側端子12bは、燃料電池11の負極側に接続されている。
コンバータ12の出力側端子12cは、電線17を介してインバータ13の入力側端子13aに接続されている。コンバータ12の出力側端子12dは、電線18を介してインバータ13の入力側端子13bに接続されている。図示しない電圧センサ31の検出信号が制御装置16に入力されており、制御装置16は、演算処理を行って決定したデューティ比のパルス信号をスイッチング素子のゲートに与えることにより、コンバータ12の出力電圧が所定の電圧になるフィードバック制御を行っている。電線17と電線18との間には、コンデンサ19が設けられている。
インバータ13は、コンバータ12すなわち燃料電池11からの直流電力を交流電力に変換して、系統電源20側に出力する。インバータ13は、入力側端子13a,13bおよび出力側端子13c,13dを備えている。インバータ13の出力側端子13cは、系統電源20(例えば、U相)が接続された電線21に接続されている。インバータ13の出力側端子13dは、系統電源20(例えば、V相)が接続された電線22に接続されている。各出力側端子13c,13dは、系統電源20の複数相に対応する複数の電線21,22がそれぞれ接続されている。
インバータ13は、IGBTのような第一〜第四スイッチング素子13e〜13hをフルブリッジ接続して構成される。第一および第二スイッチング素子13e,13fは、入力側端子13aと入力側端子13bとの間に直列に接続されている。第一スイッチング素子13eと第二スイッチング素子13fとの接続点は、出力側端子13cに接続されている。第三および第四スイッチング素子13g,13hは、入力側端子13aと入力側端子13bとの間に直列に接続されている。第三および第四スイッチング素子13g,13hは、第一および第二スイッチング素子13e,13fに対して並列に接続されている。第三スイッチング素子13gと第四スイッチング素子13hとの接続点は、出力側端子13dに接続されている。
インバータ13は、制御装置16によってその動作が制御されている。具体的には、インバータ13は、制御装置16からのPWM制御にしたがって各第一〜第四スイッチング素子13e〜13hをスイッチングして、コンバータ12からの直流電力を交流電力に変換するものである。このように、インバータ13は、変換した交流電力を電線21,22に出力する。
平滑回路14は、リアクトル14a,14bとコンデンサ14cとによって構成されている。リアクトル14a,14bは、各電線21,22にそれぞれ設けられている。コンデンサ14cは、リアクトル14a,14bと系統電源20との間にて各電線21,22のうち2つの電線を接続する接続電線23に設けられている。平滑回路14は、インバータ13から出力された交流電力の高周波成分を取り除いて、インバータ13の出力電圧を正弦波状の波形にし、系統電源20に出力する。
解列リレー(系統連系用リレー)15は、第一解列リレー15aおよび第二解列リレー15bによって構成されている。解列リレー15は、各電線21,22にそれぞれ設けられる開閉器であって、接続電線23との接続点と系統電源20との間に配設されている常開型の開閉器である。第一解列リレー15aおよび第二解列リレー15bはそれぞれ制御装置16からの制御信号によってその動作(接続状態/開放状態)が制御されている。
具体的には、複数の電線21,22のうち一方の電線21に第一解列リレー15aが配置され、他方の電線22に第二解列リレー15bが配置されている。第一解列リレー15aおよび第二解列リレー15bが接続状態になると、分散型電源システム10すなわち燃料電池11と系統電源20は連系され、第一解列リレー15aおよび第二解列リレー15bが開放状態になると、分散型電源システム10すなわち燃料電池11と系統電源20は解列されることになる。このように、解列リレー15が制御装置16によって制御されることで、分散型電源システム10すなわち燃料電池11と系統電源20は連系または解列され、電力供給が制御されている。
電線21,22には、系統電圧を検出する系統電圧検出回路31が接続されている。系統電圧検出回路31の検出信号が制御装置16に入力されている。具体的には、系統電圧検出回路31は、図2に示すように、2つのトランス31a,31b(検出部)および加算回路31c(加算部)を備えている。トランス31a,31bは、各電線21,22の電圧をそれぞれ検出するものである。
第一トランス31aの一次側端子である入力端子31a1,31a2は、電線21および電線24に接続されている。なお電線24は、系統電源20のN相が接続されている。第一トランス31aの二次側端子である出力端子31a3は、第一A/D変換部16aの第一入力端に接続されている。第一トランス31aの二次側端子である出力端子31a4は接地されている。第一トランス31aの出力端子31a3と出力端子31a4との間には、抵抗31dが直列に接続されている。
第二トランス31bの一次側端子である入力端子31b1,31b2は、電線22および電線24に接続されている。第二トランス31bの二次側端子である出力端子31b3は、第一A/D変換部16aの第二入力端に接続されている。第二トランス31bの二次側端子である出力端子31b4は、接地されるとともに、第一トランス31aの出力端子31a4に接続されている。第二トランス31bの出力端子31b3と出力端子31b4との間には、抵抗31eが直列に接続されている。
加算回路31cは、一般的に知られている加算回路であり、2つ以上の入力電圧の和を出力する回路である。具体的には、加算回路31cは、オペアンプ31c1、フィードバック抵抗31c2、第一入力抵抗31c3および第二入力抵抗31c4を備えている。オペアンプ31c1のプラス端子は接地され、オペアンプ31c1のマイナス端子は、第一入力抵抗31c3および第二入力抵抗31c4の一端が接続されている。第一入力抵抗31c3の他端は、第一入力端子31c5を介して第一トランス31aの出力端子31a3に接続されている。第二入力抵抗31c4の他端は、第二入力端子31c6を介して第二トランス31bの出力端子31b3に接続されている。オペアンプ31c1の出力端子は、出力端子31c7を介して第二A/D変換部16bの入力端に接続されている。オペアンプ31c1のマイナス端子と出力端子との間には、フィードバック抵抗31c2が直列に接続されている。
このように、第一トランス31aからの出力、すなわち第一トランス31aの出力端子31a3から出力される電圧、および第二トランス31bからの出力、すなわち第二トランス31bの出力端子31b4から出力される電圧が、系統電圧検出回路31からの第一検出回路出力である。また、加算回路31cから出力される電圧が、系統電圧検出回路31からの第二検出回路出力である。
分散型電源システムは、図1に示すように、基準電圧供給回路41(基準電圧供給部)を備えている。基準電圧供給回路41は、第一基準電圧Vref1を生成して第一A/D変換部16aに供給するとともに、第二基準電圧Vref2を生成して第二A/D変換部16bに供給する。具体的には、基準電圧供給回路41は、図1に示すように、燃料電池11からの直流電圧をDC/DCコンバータ42によって変圧(降圧)して入力し、変圧(降圧)した複数の直流電圧を制御装置16に供給する。基準電圧供給回路41は、トランス41aにより構成されている。トランス41aの一次側には、DC/DCコンバータ42の出力電圧Vinが入力されている。トランス41aの二次側からは、複数の直流電圧が制御装置16に出力されている。出力電圧には、第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2が含まれている。第一基準電圧Vref1は第一A/D変換部16aに供給され、第二基準電圧Vref2は第二A/D変換部16bに供給されている。また、出力電圧には、例えば12Vの出力電圧Voutが含まれている。
なお、第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2は、異なる巻き線で生成されているが、同一の巻き線で生成するようにしてもよい。
制御装置16は、解列リレー15の開閉を少なくとも制御する。制御装置16は、マイクロコンピュータ(図示省略)を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAMおよびROM(いずれも図示省略)を備えている。CPUは、系統電圧検出回路31の検出結果を取得したり、コンバータ12、インバータ13を制御したり、解列リレー15を開閉制御したりする。RAMは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMは前記プログラムを記憶するものである。
制御装置16は、第一A/D変換部16a、第二A/D変換部16b、比較部16cおよび検出精度判定部16dを備えている。第一A/D変換部16aは、第一基準電圧Vref1が入力されるとともに、系統電圧検出回路31からの第一検出回路出力が入力される。第一A/D変換部16aは、第一検出回路出力である、第一トランス31aの出力電圧および第二トランス31bの出力電圧をA/D変換処理し、加算して第一A/D出力値(例えばDC200V)として比較部16cに出力する。
第二A/D変換部16bは、第二基準電圧Vref2が入力されるとともに、系統電圧検出回路31からの第二検出回路出力が入力される。第二A/D変換部16bは、第二検出回路出力である、加算回路31c(オペアンプ31c1)の出力電圧をA/D変換処理して第二A/D出力値(例えばDC200V)として比較部16cに出力する。
比較部16cは、第一A/D変換部16aからの第一A/D出力値および第二A/D変換部16bからの第二A/D出力値を入力して比較する。比較部16cにおいては、第一A/D出力値と第二A/D出力値との差を算出したり、第一A/D出力値を第二A/D出力値で除算したりすることにより、第一A/D出力値と第二A/D出力値とを比較している。
検出精度判定部16dは、比較部16cから入力した比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度の判定を行う。検出精度判定部16dにおける系統電源電圧の検出精度の判定について詳述する。
第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2が正常であり(第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2が所定の基準電圧である場合)、かつ、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bに同じ電圧が入力された場合には、第一A/D変換部16aからの第一A/D出力値、および第二A/D変換部16aからの第二A/D出力値は同じ値が出力される。よって、比較部16cにおける比較結果は、第一A/D出力値と第二A/D出力値とは同じであるという結果(例えば第一A/D出力値と第二A/D出力値との差が所定範囲内である)である。検出精度判定部16dは、比較部16cからの比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度がよい(検出精度は良である)との判定を行う。
一方、例えば、第一基準電圧Vref1は正常であるが、第二基準電圧Vref2が所定の基準電圧より小さくなった場合、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bに同じ電圧が入力された場合には、第一A/D変換部16aからの第一A/D出力値は正しい値であるが、第二A/D変換部16aからの第二A/D出力値は正しい値より小さい値となる。このように、第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2が正常範囲内でばらついた場合、同じ値が入力されている第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bの出力値がばらつく。よって、比較部16cにおける比較結果は、第一A/D出力値と第二A/D出力値とは異なるという結果(例えば第一A/D出力値と第二A/D出力値との差が所定範囲外である)となる。検出精度判定部16dは、比較部16cからの比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度がよくないとの判定を行う。
また、第一トランス31aおよび第二トランス31bは、正常時には第一トランス31aおよび第二トランス31bの出力が略同一(例えばDC100V)である。第一トランス31aおよび第二トランス31bの出力がずれた場合、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bに入力される第一トランス31aおよび第二トランス31bからの各電圧にずれが生じる。このとき、第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2が同じ値であれば、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bの出力値に、ばらつき(ずれ)が発生する。このように、第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2が同じ値であっても、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bの出力値にばらつきが発生する。よって、比較部16cにおける比較結果は、第一A/D出力値と第二A/D出力値とは異なるという結果(例えば第一A/D出力値と第二A/D出力値との差が所定範囲外である)となる。検出精度判定部16dは、比較部16cからの比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度がよくないとの判定を行う。
なお、この場合、制御装置16は、系統電圧検出回路31が異常であるとして、系統電源20への電力供給を停止するように制御してもよい。例えば、解列リレー15を開状態とすればよい。
さらに、第一基準電圧Vref1および第二基準電圧Vref2は同じ値であり、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bに同じ電圧が入力されている場合であっても、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bの故障に起因して、第一A/D変換部16aおよび第二A/D変換部16bの出力値にずれが発生する場合がある。この場合も、比較部16cにおける比較結果は、第一A/D出力値と第二A/D出力値とは異なるという結果(例えば第一A/D出力値と第二A/D出力値との差が所定範囲外である)となる。検出精度判定部16dは、比較部16cからの比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度がよくないとの判定を行う。
上述した説明から明らかなように、本実施形態による分散型電源システム10は、直流電力を発電する燃料電池11(発電装置)と、燃料電池11からの直流電力を交流電力に変換し、交流の系統電源20の複数相に対応する複数の電線21,22が接続された各出力側端子13c,13dから各電線21,22に出力するインバータ13と、各電線21,22にそれぞれ設けられる解列リレー15(開閉器)であって、系統電源20とインバータ13との間に配設されている常開型の解列リレー15と、各電線21,22の系統電源20の電圧を検出する系統電圧検出回路31と、系統電圧検出回路31によって検出された系統電源電圧が入力される制御装置16と、を備えている。制御装置16は、第一基準電圧Vref1が入力されるとともに、系統電圧検出回路31からの第一検出回路出力が入力される第一A/D変換部16aと、第二基準電圧Vref2が入力されるとともに、系統電圧検出回路31からの第二検出回路出力が入力される第二A/D変換部16bと、第一A/D変換部16aからの第一A/D出力値および第二A/D変換部16bからの第二A/D出力値を入力して比較する比較部16cと、比較部16cから入力した比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度の判定を行う検出精度判定部16dと、を備えている。
これによれば、系統電源電圧の検出は2つの独立した系統により行うことができる。すなわち、一方の系統は、第一基準電圧Vref1が入力されている第一A/D変換部16aが、系統電圧検出回路31からの第一検出回路出力を入力することにより、系統電源電圧の検出を行う系統である。もう一方の系統は、第二基準電圧Vref2が入力されている第二A/D変換部16bが、系統電圧検出回路31からの第二検出回路出力を入力することにより、系統電源電圧の検出を行う系統である。このような構成にすることにより、比較部16cは、第一A/D変換部16aからの第一A/D出力値および第二A/D変換部16bからの第二A/D出力値を入力して比較する。検出精度判定部16dは、比較部16cから入力した比較結果に基づいて系統電源電圧の検出精度の判定を行うことができる。よって、制御装置16は、系統電源電圧の検出精度悪化の検出を確実に行うことができる。ひいては、分散型電源システムを精度よく運転することができる。
また、系統電圧検出回路31は、2つのトランス31a,31b(検出部)および加算回路31c(加算部)を備え、トランス31a,31bの各入力端子31a1,31a2、31b1,31b2は各電線のうち2つの電線21,22に接続されるとともに、トランス31a,31bの各出力端子31a3,31b3は第一A/D変換部16aに接続され、加算回路31cの入力端子31c5,31c6はトランス31a,31bの各出力端子31a3,31b3にそれぞれ接続されるとともに、加算回路31cの出力端子31c7は第二A/D変換部16bに接続されている。
これによれば、簡単な構成により、系統電圧検出回路31の出力が少なくとも二系統となる構成とすることができるとともに、第二A/D変換部16bの制御負担を軽減することができる。
また、分散型電源システム10は、第一基準電圧Vref1を生成して第一A/D変換部16aに供給するとともに、第二基準電圧Vref2を生成して第二A/D変換部16bに供給する基準電圧供給回路41(基準電圧供給部)をさらに備えている。
これによれば、第一A/D変換部16aに供給する第一基準電圧Vref1と、第二A/D変換部16bに供給する第二基準電圧Vref2と、を独立して供給することが可能となる。よって、片方の基準電圧が異常となり、第一A/D変換部16aの出力値と第二A/D変換部16bの出力値と間にズレが生じることにより、系統電源電圧の検出精度悪化した場合、その系統電源電圧の検出精度悪化の検出を確実に行うことができる。
なお、上述した実施形態においては、単相3線式の回路構成であったが、3相3線式の回路構成にも本発明は適用可能であり、4線式の回路構成にも適用可能である。
また、上述した実施形態において、検出部はトランス31a,31bで構成したが、これに限られない。
10…系統連系装置、11…燃料電池(発電装置)、12…コンバータ、13…インバータ、14…平滑回路、14a,14b…リアクトル、14c…コンデンサ、15…解列リレー(開閉器)、16…制御装置、16a…第一A/D変換部、16b…第二A/D変換部、16c…比較部、16d…検出精度判定部、31…系統電圧検出回路、31a…第一トランス(検出部)、31b…第二トランス(検出部)、31c…加算回路(加算部)、41…基準電圧供給回路(基準電圧供給部)、42…DC/DCコンバータ。

Claims (2)

  1. 直流電力を発電する発電装置と、
    前記発電装置からの前記直流電力を交流電力に変換し、交流の系統電源の複数相に対応する複数の電線が接続された各出力側端子から前記各電線に出力するインバータと、
    前記各電線にそれぞれ設けられる開閉器であって、前記系統電源と前記インバータとの間に配設されている常開型の開閉器と、
    前記各電線の前記系統電源の電圧を検出する系統電圧検出回路と、
    前記系統電圧検出回路によって検出された前記系統電源の電圧が入力される制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    第一基準電圧が入力されるとともに、前記系統電圧検出回路からの第一検出回路出力が入力される第一A/D変換部と、
    第二基準電圧が入力されるとともに、前記系統電圧検出回路からの第二検出回路出力が入力される第二A/D変換部と、
    前記第一A/D変換部からの第一A/D出力値および前記第二A/D変換部からの第二A/D出力値を入力して比較する比較部と、
    前記比較部から入力した比較結果に基づいて前記系統電源の電圧の検出精度の判定を行う検出精度判定部と、を備え
    前記系統電圧検出回路は、各電線の電圧を検出する複数の検出部および加算部を備え、
    前記検出部の各入力端子は前記各電線のうち2つの電線に接続されるとともに、前記検出部の各出力端子は前記第一A/D変換部に接続され、
    前記加算部の入力端子は前記検出部の各出力端子に接続されるとともに、前記加算部の出力端子は前記第二A/D変換部に接続されている分散型電源システム。
  2. 前記第一基準電圧を生成して前記第一A/D変換部に供給するとともに、前記第二基準電圧を生成して前記第二A/D変換部に供給する基準電圧供給部をさらに備えている請求項1記載の分散型電源システム。
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