JP6366478B2

JP6366478B2 - 系統連系インバータ装置

Info

Publication number: JP6366478B2
Application number: JP2014235467A
Authority: JP
Inventors: 中林　弘一; 弘一中林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: JP2016100963A

Description

本発明は、交流電力系統と接続する系統連系インバータ装置に関する。

従来、系統連系インバータ装置は、連系用開閉器を備えており、連系用開閉器により交流電力系統との接続をオンまたはオフしている。ここで、連系用開閉器を開いている状態から閉じる、すなわち、系統連系インバータ装置と交流電力系統を接続されていない状態から接続させる場合、系統連系インバータ装置側と交流電力系統側で電位差があると突入電流が発生する。突入電流によって連系用開閉器内部のリレーの接点が摩耗し、連系用開閉器の接点寿命が短くなることから、系統連系インバータ装置の寿命も短くなってしまう。連系用開閉器の長寿命化を図るため、下記特許文献１において、商用電力系統と接続する中性線に抵抗器を備えることで突入電流を抑制する技術が開示されている。

特開平１１−１３６８６４号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、系統連系インバータ装置が備える出力フィルタの構成が、中性線と中性線以外の２つの線路との間に各々コンデンサを配置する構成を前提とし、中性線に抵抗器を備えることで突入電流を抑制することができる。そのため、系統連系インバータ装置の回路構成によっては、中性線に抵抗器を備えても突入電流を抑制できない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路構成によらず突入電流を抑制可能な系統連系インバータ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、連系用開閉器とインバータ回路とを備え、交流電力系統と接続する系統連系インバータ装置であって、前記連系用開閉器より前記交流電力系統の側の第１の電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記連系用開閉器より前記インバータ回路の側の第２の電圧を検出する第２の電圧検出部と、前記第１の電圧から第１の実効値および第１の平均値を演算し、前記第２の電圧から第２の実効値および第２の平均値を演算し、前記第１の実効値と前記第２の実効値との差分の絶対値である実効値差分絶対値と実効値の差分の許容範囲を示す実効値閾値との比較結果、および前記第１の平均値と前記第２の平均値との差分の絶対値である平均値差分絶対値と平均値の差分の許容範囲を示す平均値閾値との比較結果の電圧についての２つの比較結果に基づいて、前記連系用開閉器を制御するインバータ制御部から入力された前記連系用開閉器への指令の出力を制御する開閉制御部と、を備える。前記開閉制御部は、前記実効値差分絶対値が前記実効値閾値以下、かつ、前記平均値差分絶対値が前記平均値閾値以下の場合、前記インバータ制御部から入力された指令を前記連系用開閉器へ出力することを特徴とする。

本発明によれば、回路構成によらず突入電流を抑制できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかる系統連系インバータ装置の構成例を示す図開閉制御部の構成例を示す図開閉制御部がインバータ制御部からのスイッチ閉指令の出力を制御する動作を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる系統連系インバータ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる系統連系インバータ装置３の構成例を示す図である。パワーコンディショナである系統連系インバータ装置３は、太陽光発電を行い、直流電力を出力する太陽電池モジュール１と、系統連系インバータ装置３へ交流電力を供給し、また系統連系インバータ装置３から交流電力の供給を受けることが可能な交流電力系統２と、に接続する。なお、直流電力側で接続する太陽電池モジュール１については、これに限定するものではなく、直流電力を出力するものであれば他の構成を用いてもよい。

系統連系インバータ装置３は、太陽電池モジュール１からの直流電力の電圧を昇圧する昇圧回路４と、昇圧回路４によって昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５と、交流電力系統２との間の接続をオンまたオフする連系用開閉器６と、連系用開閉器６より交流電力系統２の側において交流電力系統２からの系統電圧の電圧値である第１の電圧を検出する第１の電圧検出部７と、連系用開閉器６よりインバータ回路５の側においてインバータ回路５からの出力電圧の電圧値である第２の電圧を検出する第２の電圧検出部８と、第１の電圧検出部７で検出された第１の電圧および第２の電圧検出部８で検出された第２の電圧を用いてインバータ回路５の動作を制御し、また、スイッチ開閉指令により連系用開閉器６の開閉を制御するインバータ制御部９と、第１の電圧検出部７で検出された第１の電圧および第２の電圧検出部８で検出された第２の電圧に基づいて、インバータ制御部９から連系用開閉器６へのスイッチ開閉指令の出力を制御する開閉制御部１０と、を備える。

本実施の形態１では、スイッチ開閉指令のうち、連系用開閉器６を閉じる指令であるスイッチ閉指令を対象に説明する。連系用開閉器６を閉じるとは、連系用開閉器６内部にあるリレーの接点を閉じることである。

図２は、開閉制御部１０の構成例を示す図である。開閉制御部１０は、第１の電圧検出部７から入力された第１の電圧の実効値である第１の実効値および第２の電圧検出部８から入力された第２の電圧の実効値である第２の実効値を演算する実効値演算部１１と、第１の実効値と第２の実効値との差分を演算する差分演算部１２と、差分演算部１２から入力された差分の値の絶対値である実効値差分絶対値を出力する絶対値出力部１３と、規定された実効値の差分の許容範囲を示す実効値閾値を記憶する実効値閾値記憶部１４と、絶対値出力部１３から入力された実効値差分絶対値と実効値閾値記憶部１４から読み出した実効値閾値とを比較する比較部１５と、を備える。

また、開閉制御部１０は、第１の電圧検出部７から入力された第１の電圧の平均値である第１の平均値および第２の電圧検出部８から入力された第２の電圧の平均値である第２の平均値を演算する平均値演算部１６と、第１の平均値と第２の平均値との差分を演算する差分演算部１７と、差分演算部１７から入力された差分の値の絶対値である平均値差分絶対値を出力する絶対値出力部１８と、規定された平均値の差分の許容範囲を示す平均値閾値を記憶する平均値閾値記憶部１９と、絶対値出力部１８から入力された平均値差分絶対値と平均値閾値記憶部１９から読み出した平均値閾値とを比較する比較部２０と、を備える。

また、開閉制御部１０は、比較部１５の比較結果および比較部２０の比較結果に基づいて、第１の電圧検出部７で検出された第１の電圧および第２の電圧検出部８で検出された第２の電圧について、実効値の差分および平均値の差分が許容範囲内かどうかを判定する電圧判定部２１と、インバータ制御部９から入力された連系用開閉器６へのスイッチ閉指令を出力するかどうかを電圧判定部２１からの判定結果に基づいて判定する出力判定部２２と、を備える。

開閉制御部１０では、第１の電圧検出部７の第１の電圧および第２の電圧検出部８の第２の電圧の各電圧の実効値に基づいて、各電圧検出部のゲインの誤差が適正かどうかを判定している。実効値閾値は、例えば、交流電力系統２からの系統電圧の定格電圧が２０２Ｖの場合、実際の回路構成、交流電力系統２のインピーダンスを考慮して、５Ｖｒｍｓとすることができるが、これに限定するものではない。実効値閾値は、連系用開閉器６内部のリレーの接点の耐久性に対して許容できる範囲内であればよい。

また、開閉制御部１０では、第１の電圧検出部７の第１の電圧および第２の電圧検出部８の第２の電圧の各電圧の平均値に基づいて、各電圧検出部のオフセットの誤差が適正かどうかを判定している。平均値閾値は、例えば、交流電力系統２からの系統電圧の定格電圧が２０２Ｖの場合、実際の回路構成、交流電力系統２のインピーダンスを考慮して、１５Ｖｄｃとすることができるが、これに限定するものではない。平均値閾値は、連系用開閉器６内部のリレーの接点の耐久性に対して許容できる範囲内であればよい。

連系運転中で連系用開閉器６が閉じている場合、系統連系インバータ装置３は交流電力系統２と接続しているので、第１の電圧検出部７および第２の電圧検出部８では、正常な場合は検出する電圧は同じ値となる。そのため、系統連系インバータ装置３では、連系運転中、第１の電圧検出部７および第２の電圧検出部８が検出する電圧が異なる場合、いずれかの電圧検出部が故障している可能性があると判断することができる。

なお、図２において、開閉制御部１０は、電圧判定部２１と出力判定部２２を備えているが、これに限定するものではなく、電圧判定部２１と出力判定部２２を１つの構成にしてもよい。この場合、電圧判定部２１と出力判定部２２を１つの構成にした制御部２３は、インバータ制御部９から入力された連系用開閉器６へのスイッチ閉指令を出力するかどうかを、比較部１５の比較結果および比較部２０の比較結果に基づいて制御する。制御部２３への入力は、インバータ制御部９からのスイッチ閉指令、比較部１５からの比較結果、および比較部２０からの比較結果の３つとなる。

また、開閉制御部１０は、実効値演算部１１で第１の電圧検出部７で検出された第１の電圧の第１の実効値および第２の電圧検出部８で検出された第２の電圧の第２の実効値を演算しているが、これに限定するものではなく、電圧検出部別に２つの実効値演算部を備えてもよい。同様に、開閉制御部１０は、平均値演算部１６で第１の電圧検出部７で検出された第１の電圧の第１の平均値および第２の電圧検出部８で検出された第２の電圧の第２の平均値を演算しているが、これに限定するものではなく、電圧検出部別に２つの平均値演算部を備えてもよい。

また、開閉制御部１０は、実効値閾値記憶部１４で実効値閾値を記憶し、平均値閾値記憶部１９で平均値閾値を記憶しているが、これに限定するものではなく、１つの記憶部で実効値閾値および平均値閾値を記憶してもよい。

つづいて、系統連系インバータ装置３において、連系用開閉器６の開閉を制御する動作について説明する。具体的に、太陽電池モジュール１が発電を開始し、系統連系インバータ装置３では、インバータ制御部９が、インバータ回路５を制御して交流電力を生成し、連系用開閉器６へスイッチ閉指令を出力し、連系用開閉器６を開いている状態から閉じて交流電力系統２と接続する動作について説明する。

図３は、開閉制御部１０がインバータ制御部９からのスイッチ閉指令の出力を制御する動作を示すフローチャートである。系統連系インバータ装置３では、インバータ制御部９が、第１の電圧検出部７からの第１の電圧と第２の電圧検出部８からの第２の電圧が同じ電圧になるようにインバータ回路５の動作を制御する。その後インバータ制御部９は交流電力系統２と接続するため、連系用開閉器６へ内部のリレーを閉じるためのスイッチ閉指令を出力する。

まず、開閉制御部１０では、出力判定部２２が、インバータ制御部９から連系用開閉器６へのスイッチ閉指令の入力があるか確認する（ステップＳ１）。スイッチ閉指令の入力がない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、出力判定部２２は、インバータ制御部９からのスイッチ閉指令の入力待ちを継続する。

スイッチ閉指令の入力があった場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、開閉制御部１０では、実効値演算部１１および平均値演算部１６が、ともに、第１の電圧検出部７から、検出された第１の電圧の入力を受け、第２の電圧検出部８から、検出された第２の電圧の入力を受ける（ステップＳ２）。

実効値演算部１１は、第１の電圧から第１の電圧の実効値である第１の実効値を演算し、第２の電圧から第２の電圧の実効値である第２の実効値を演算する（ステップＳ３）。

差分演算部１２は、第１の実効値と第２の実効値との差分を演算する（ステップＳ４）。差分の値は正または負のどちらでもよい。

絶対値出力部１３は、差分演算部１２で演算された差分の値の絶対値である実効値差分絶対値を出力する（ステップＳ５）。絶対値出力部１３は、差分演算部１２から出力された値が正のときはそのまま出力し、差分演算部１２から出力された値が負のときは−１を乗じて正の値にして出力する。

比較部１５は、絶対値出力部１３からの実効値差分絶対値と、実効値閾値記憶部１４から読み出した実効値閾値とを比較する（ステップＳ６）。比較部１５は、実効値差分絶対値≦実効値閾値の場合は１を出力し、実効値差分絶対値＞実効値閾値の場合は０を出力する。

平均値演算部１６は、第１の電圧から第１の電圧の平均値である第１の平均値を演算し、第２の電圧から第２の電圧の平均値である第２の平均値を演算する（ステップＳ７）。

差分演算部１７は、第１の平均値と第２の平均値との差分を演算する（ステップＳ８）。差分の値は正または負のどちらでもよい。

絶対値出力部１８は、差分演算部１７で演算された差分の値の絶対値である平均値差分絶対値を出力する（ステップＳ９）。絶対値出力部１８は、差分演算部１７から出力された値が正のときはそのまま出力し、差分演算部１７から出力された値が負のときは−１を乗じて正の値にして出力する。

比較部２０は、絶対値出力部１８からの平均値差分絶対値と、平均値閾値記憶部１９から読み出した平均値閾値とを比較する（ステップＳ１０）。比較部２０は、平均値差分絶対値≦平均値閾値の場合は１を出力し、平均値差分絶対値＞平均値閾値の場合は０を出力する。

電圧判定部２１は、比較部１５および比較部２０からの出力がともに１、すなわち、実効値差分絶対値≦実効値閾値、かつ、平均値差分絶対値≦平均値閾値の場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、第１の電圧および第２の電圧について実効値の差分および平均値の差分が許容範囲内とする判定結果を出力判定部２２へ出力する。そして、出力判定部２２は、電圧判定部２１からの、第１の電圧および第２の電圧について実効値の差分および平均値の差分が許容範囲内とする判定結果に基づいて、インバータ制御部９から入力されていたスイッチ閉指令を連系用開閉器６へ出力する（ステップＳ１２）。

これにより、系統連系インバータ装置３では、連系用開閉器６の交流電力系統２の側の電圧である第１の電圧と、連系用開閉器６のインバータ回路５の側の電圧である第２の電圧について、各電圧の実効値の差分と平均値の差分が規定された許容範囲内の場合に連系用開閉器６を閉じることから、連系用開閉器６に流れる突入電流を抑制することができる。

電圧判定部２１において、比較部１５および比較部２０からの出力のいずれかが０またはともに０の場合、すなわち、実効値差分絶対値≦実効値閾値、かつ、平均値差分絶対値≦平均値閾値の要件を満たさない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、開閉制御部１０では、ステップＳ２に戻ってステップＳ１０までの動作を繰り返し実行する。

なお、開閉制御部１０では、図３において実効値についての処理であるステップＳ３〜Ｓ６と平均値についての処理であるステップＳ７〜Ｓ１０を並列で行っているが、一例であり、ステップＳ３〜Ｓ６の後にステップＳ７〜Ｓ１０を行ってもよく、または、ステップＳ７〜Ｓ１０の後にステップＳ３〜Ｓ６を行ってもよい。

本実施の形態では、系統連系インバータ装置３は、連系用開閉器６の交流電力系統２の側に第１の電圧検出部７、インバータ回路５の側に第２の電圧検出部８を備えており、各電圧検出部で検出された電圧の実効値の差分および平均値の差分が閾値以下の場合に連系用開閉器６を閉じる制御をしている。系統連系インバータ装置３は、連系用開閉器６の交流電力系統２の側とインバータ回路５の側の電圧の実測値に基づいて連系用開閉器６を制御しているため、連系用開閉器６に流れる突入電流を抑制することができる。また、実測値に基づいて制御しているため、系統連系インバータ装置３では、交流電力系統２に異常が発生して系統電圧に変化が発生した場合、また、インバータ回路５に異常が発生した場合にも対応でき、連系用開閉器６に突入電流が流れる事態を回避することができる。

また、本実施の形態では、系統連系インバータ装置３は、既存の回路に対して第１の電圧検出部７および第２の電圧検出部８によって簡単に電圧を検出できることから、装置の回路構成に関わらず幅広く適用することができる。例えば、特許文献１に記載の従来の方法では、出力フィルタにおいて中性線以外の２つの線路の間を１つのコンデンサで接続している構成では、中性線に抵抗器を備えても突入電流を抑制できず適用できなかった。本実施の形態では、装置の回路構成に依存しない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、系統連系インバータ装置３では、連系用開閉器６の交流電力系統２の側の第１の電圧、連系用開閉器６のインバータ回路５の側の第２の電圧を検出し、第１の電圧および第２の電圧から求めた各実効値および各平均値に基づいて、開閉制御部１０が、交流電力系統２の側とインバータ回路５の側の電圧差が許容範囲内と判断した場合に、連系用開閉器６を閉じる制御を行う。このように、系統連系インバータ装置３では、電圧の実測値に基づいて連系用開閉器６を制御していることから、簡易な構成でありながら、回路構成によらず、突入電流を抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１太陽電池モジュール、２交流電力系統、３系統連系インバータ装置、４昇圧回路、５インバータ回路、６連系用開閉器、７第１の電圧検出部、８第２の電圧検出部、９インバータ制御部、１０開閉制御部、１１実効値演算部、１２，１７差分演算部、１３，１８絶対値出力部、１４実効値閾値記憶部、１５，２０比較部、１６平均値演算部、１９平均値閾値記憶部、２１電圧判定部、２２出力判定部、２３制御部。

Claims

連系用開閉器とインバータ回路とを備え、交流電力系統と接続する系統連系インバータ装置であって、
前記連系用開閉器より前記交流電力系統の側の第１の電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記連系用開閉器より前記インバータ回路の側の第２の電圧を検出する第２の電圧検出部と、
前記第１の電圧から第１の実効値および第１の平均値を演算し、前記第２の電圧から第２の実効値および第２の平均値を演算し、前記第１の実効値と前記第２の実効値との差分の絶対値である実効値差分絶対値と実効値の差分の許容範囲を示す実効値閾値との比較結果、および前記第１の平均値と前記第２の平均値との差分の絶対値である平均値差分絶対値と平均値の差分の許容範囲を示す平均値閾値との比較結果の電圧についての２つの比較結果に基づいて、前記連系用開閉器を制御するインバータ制御部から入力された前記連系用開閉器への指令の出力を制御する開閉制御部と、
を備え、
前記開閉制御部は、前記実効値差分絶対値が前記実効値閾値以下、かつ、前記平均値差分絶対値が前記平均値閾値以下の場合、前記インバータ制御部から入力された指令を前記連系用開閉器へ出力する、
ことを特徴とする系統連系インバータ装置。
前記開閉制御部は、
前記第１の電圧から前記第１の実効値を演算し、前記第２の電圧から前記第２の実効値を演算する実効値演算部と、
前記第１の電圧から前記第１の平均値を演算し、前記第２の電圧から前記第２の平均値を演算する平均値演算部と、
前記実効値差分絶対値と前記実効値閾値とを比較する実効値比較部と、
前記平均値差分絶対値と前記平均値閾値とを比較する平均値比較部と、
前記実効値比較部の比較結果および前記平均値比較部の比較結果に基づいて、前記インバータ制御部から入力された前記連系用開閉器への指令の出力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記実効値比較部において前記実効値差分絶対値が前記実効値閾値以下の比較結果、かつ、前記平均値比較部において前記平均値差分絶対値が前記平均値閾値以下の比較結果の場合、前記インバータ制御部から入力された指令を前記連系用開閉器へ出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。