JP6673036B2 - 電力変換装置及び、遮断部の動作状態判定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置及び、遮断部の動作状態判定方法に関する。
太陽光発電パネルや蓄電池等の直流電源と、交流電路とを互いに接続するには、直流／交流の電力変換を半導体スイッチの高周波スイッチングにより行う電力変換装置が用いられる。この電力変換装置は、例えばその出力電路（交流側）に、過電流保護のための遮断部を備えている。遮断部としては、回路遮断器（ブレーカ）又はヒューズを使用することができる。遮断部が実際に過電流遮断を行うのは極めてまれであること、及び、ヒューズは回路遮断器より安価であることにより、ヒューズの使用がコストパフォーマンスの観点からは好適である。
ヒューズには、溶断時に接点信号を出力できる高機能タイプもあるが、ここでも、コストパフォーマンスの観点からは、このような機能の無いシンプルなヒューズが好ましい。かかるヒューズを使用した場合、ヒューズの溶断は、ヒューズの前後の電圧に基づいて、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて状況判断し、検出することができる（例えば、特許文献１参照。）。この状況判断とは、ヒューズの１次側の電圧及び２次側の電圧のそれぞれについて、閾値との比較や周期的変化の有無判定を行うこと、である。
しかしながら、ヒューズの１次側の電圧及び２次側の電圧のそれぞれについて、閾値との比較や周期的変化の有無判定を行うやり方では、例えば商用電力系統の交流電圧が一時的に急峻に電圧低下した場合を、ヒューズ溶断の場合と識別することが難しい。
例えば、ヒューズの１次側は電圧が低下し、かつ、２次側では周期的変化がある、という状態を検出すれば、ヒューズの溶断であると判定することができる。ところが、ヒューズは正常であるが、交流電圧が一時的に電圧低下した場合、ヒューズの１次側は電圧が低下し、かつ、２次側では周期的変化がある、という状態が起こり得る。すなわち、実際はヒューズの溶断ではないのに、ヒューズの溶断と誤判定する可能性がある。
また、ヒューズの１次側の電圧が１次側の閾値以下で、かつ、２次側の電圧が２次側の閾値以上である、という状態を検出すれば、ヒューズの溶断であると判定することもできる。ところが、出力電路が単相３線式の場合、電圧をどの２線間で検出するかによって判定が難しくなる。すなわち、ヒューズは正常であるが交流電圧が一時的に電圧低下した場合、ヒューズの１次側の電圧が１次側の閾値以下で、かつ、２次側の電圧が２次側の閾値以上である、という状態が起こり得る。すなわち、実際はヒューズの溶断ではないのに、ヒューズの溶断と誤判定する可能性がある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、電力変換装置のヒューズ等の遮断部が開路したか否かの判定に際し、誤判定を防止し、遮断部が開路した場合のみを確実に検出することを目的とする。
本発明は、物としての一表現によれば、直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置であって、前記電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に設けられた遮断部と、前記遮断部の１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出する第１電圧センサと、前記遮断部の２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出する第２電圧センサと、前記第１電圧センサ及び前記第２電圧センサのそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記遮断部が開路していると判定する判定部と、を備えている電力変換装置である。
また、物としての他の表現によれば、直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置であって、前記電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に設けられたヒューズと、前記ヒューズの１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出する第１電圧センサと、前記ヒューズの２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出する第２電圧センサと、前記第１電圧センサ及び前記第２電圧センサのそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記ヒューズが溶断していると判定し、前記電圧差の絶対値が前記電圧差閾値より大きく、かつ、前記位相差の絶対値が前記位相差閾値より小さい、という事象により前記交流電路が電圧低下状態であると判定する、判定部と、を備えている電力変換装置である。
また、方法としての一表現によれば、直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に遮断部が設けられている状況で、前記電力変換装置に設けられた判定部により前記遮断部の動作状態を判定する、遮断部の動作状態判定方法であって、前記遮断部の１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出するとともに、前記遮断部の２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出し、前記１次側及び前記２次側でそれぞれ検出した電圧に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記遮断部が開路していると判定する、遮断部の動作状態判定方法である。
本発明によれば、電力変換装置の遮断部が開路したか否かの判定に際し、誤判定を防止し、遮断部が開路した場合のみを確実に検出することができる。
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）これは、直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置であって、前記電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に設けられた遮断部と、前記遮断部の１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出する第１電圧センサと、前記遮断部の２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出する第２電圧センサと、前記第１電圧センサ及び前記第２電圧センサのそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記遮断部が開路していると判定する判定部と、を備えている。
かかる電力変換装置において、遮断部が開路すると、電圧差の絶対値は電圧差閾値より大きくなり、かつ、位相差の絶対値が位相差閾値より大きくなるので、当該事象により、遮断部の開路を検出することができる。このように、遮断部の前後での相対比較による電圧差及び位相差の２要件成立の事象を検出することで、確実に、遮断部の開路を検出することができる。その結果、電力変換装置の遮断部が開路したか否かの判定に際し、誤判定を防止し、遮断部が開路した場合のみを確実に検出することができる。
（２）また、（１）の電力変換装置において、例えば、前記電圧差の絶対値が前記電圧差閾値より大きく、かつ、前記位相差の絶対値が前記位相差閾値より小さい、という事象により、前記判定部は、前記交流電路が電圧低下状態であると判定することができる。
交流電路の電圧が一時的に急峻に低下したとき、遮断部が閉路していても、電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きくなることはあり得るが、この場合でも、１次側位相と２次側位相とでは、位相差閾値より大きい位相差は生じない。従って、電圧の一時的な低下を、誤って遮断部の開路と誤判定することを、防止できる。
交流電路の電圧が一時的に急峻に低下したとき、遮断部が閉路していても、電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きくなることはあり得るが、この場合でも、１次側位相と２次側位相とでは、位相差閾値より大きい位相差は生じない。従って、電圧の一時的な低下を、誤って遮断部の開路と誤判定することを、防止できる。
（３）また、（１）又は（２）の電力変換装置において、例えば、前記電圧差閾値は、前記線間での通常の電圧の１０％以下である。
この場合、１０％以下という比較的小さい値に電圧差閾値を設定することで、遮断部の開路が確実にこの要件を満たすようにする。この場合、逆に、誤判定の可能性が増すことにもなるが、位相差についてもＡＮＤ（論理積）で判定を行うことにより、誤判定を防止することができる。
この場合、１０％以下という比較的小さい値に電圧差閾値を設定することで、遮断部の開路が確実にこの要件を満たすようにする。この場合、逆に、誤判定の可能性が増すことにもなるが、位相差についてもＡＮＤ（論理積）で判定を行うことにより、誤判定を防止することができる。
（４）また、（１）〜（３）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記電力変換装置が系統連系を行う場合、前記判定部は、停止又は待機の状態で判定を行い、前記電力変換装置が自立運転を行う場合、前記判定部は、自立運転の状態で判定を行うことができる。
これにより、系統連系及び自立運転の択一的動作が可能な電力変換装置では、系統連系時及び自立運転時のいずれにおいても、同様に判定を行うことができる。
これにより、系統連系及び自立運転の択一的動作が可能な電力変換装置では、系統連系時及び自立運転時のいずれにおいても、同様に判定を行うことができる。
（５）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記出力電路は単相３線式であり、前記１次側電圧が電圧線同士の２線間電圧であるときは、前記２次側電圧も電圧線同士の２線間電圧であり、前記１次側電圧が中性線を含む２線間電圧であるときは、前記２次側電圧も中性線を含む２線間電圧である。
このように、単相３線式の電力変換装置においても、同様に判定を行うことができる。
このように、単相３線式の電力変換装置においても、同様に判定を行うことができる。
（６）より具体的な観点からは、これは、直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置であって、前記電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に設けられたヒューズと、前記ヒューズの１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出する第１電圧センサと、前記ヒューズの２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出する第２電圧センサと、前記第１電圧センサ及び前記第２電圧センサのそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記ヒューズが溶断していると判定し、前記電圧差の絶対値が前記電圧差閾値より大きく、かつ、前記位相差の絶対値が前記位相差閾値より小さい、という事象により前記交流電路が電圧低下状態であると判定する、判定部と、を備えている。
かかる電力変換装置では、ヒューズが溶断すると、電圧差の絶対値は電圧差閾値より大きくなり、かつ、位相差の絶対値が位相差閾値より大きくなるので、当該事象により、ヒューズの溶断を検出することができる。このように、ヒューズの前後での相対比較による電圧差及び位相差の２要件成立の事象を検出することで、確実に、ヒューズの溶断を検出することができる。
また、交流電路の電圧が一時的に急峻に低下したとき、ヒューズが正常でも、電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きくなることはあり得るが、この場合でも、１次側位相と２次側位相とでは、位相差閾値より大きい位相差は生じない。従って、電圧の一時的な低下を、誤ってヒューズの溶断と誤判定することを、防止できる。その結果、電力変換装置の遮断部が開路したか否かの判定に際し、誤判定を防止し、遮断部が開路した場合のみを確実に検出することができる。
また、交流電路の電圧が一時的に急峻に低下したとき、ヒューズが正常でも、電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きくなることはあり得るが、この場合でも、１次側位相と２次側位相とでは、位相差閾値より大きい位相差は生じない。従って、電圧の一時的な低下を、誤ってヒューズの溶断と誤判定することを、防止できる。その結果、電力変換装置の遮断部が開路したか否かの判定に際し、誤判定を防止し、遮断部が開路した場合のみを確実に検出することができる。
（７）方法の観点からは、これは、直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に遮断部が設けられている状況で、前記電力変換装置に設けられた判定部により前記遮断部の動作状態を判定する、遮断部の動作状態判定方法であって、前記遮断部の１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出するとともに、前記遮断部の２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出し、前記１次側及び前記２次側でそれぞれ検出した電圧に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記遮断部が開路していると判定する、遮断部の動作状態判定方法である。
かかる遮断部の動作状態判定方法においては、遮断部が開路すると、電圧差の絶対値は電圧差閾値より大きくなり、かつ、位相差の絶対値が位相差閾値より大きくなるので、当該事象により、遮断部の開路を検出することができる。このように、遮断部の前後での相対比較による電圧差及び位相差の２要件成立の事象を検出することで、確実に、遮断部の開路を検出することができる。その結果、電力変換装置の遮断部が開路したか否かの判定に際し、誤判定を防止し、遮断部が開路した場合のみを確実に検出することができる。
［実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置及び、遮断部の動作状態判定方法について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置及び、遮断部の動作状態判定方法について、図面を参照して説明する。
《第１例の回路構成》
図１は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第１例を示す図である。図において、電力変換装置１は、直流電源２と、交流電路３との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行っている。直流電源２は、例えば、太陽光発電パネルである。交流電路３とは、電力変換装置１が設けられている需要家の負荷３Ｌへの電路、及び、商用電力系統３Ｐである。
図１は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第１例を示す図である。図において、電力変換装置１は、直流電源２と、交流電路３との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行っている。直流電源２は、例えば、太陽光発電パネルである。交流電路３とは、電力変換装置１が設けられている需要家の負荷３Ｌへの電路、及び、商用電力系統３Ｐである。
電力変換装置１は、直流／交流の電力変換を行う変換部１０、変換部１０からの出力電路ｕ，ｖの一方（ｕ）に設けられた遮断部としてのヒューズ１１、系統連系リレー１２、制御部１３、判定部１４、電圧センサ１５、及び、電圧センサ１６を備えている。変換部１０は、インバータ単体、又は、これにＤＣ／ＤＣコンバータを前置して構成される（図示略）。電圧センサ１５はヒューズ１１の１次側のｕ−ｖ間電圧を検出する。電圧センサ１６は、ヒューズ１１の２次側のｕ−ｖ間電圧を検出する。
制御部１３及び判定部１４は、ＣＰＵを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をＣＰＵが実行することで、必要な制御機能及び判定機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１３及び判定部１４の記憶装置（図示せず。）に格納される。但し、ＣＰＵを含まないハードウェアのみの回路で制御部１３及び判定部１４を構成することも可能ではある。制御部１３は、変換部１０のスイッチング動作を制御し、また、系統連系リレー１２も開閉制御する。系統連系リレー１２は通常、閉路しているが、商用電力系統３Ｐの停電時には制御部１３の指令により開路する。電圧センサ１５及び電圧センサ１６の検出出力は、判定部１４に与えられる。制御部１３と判定部１４とは、相互に信号の受け渡しが可能である。
《電力変換装置としての基本動作》
上記のように構成された電力変換装置１は、直流電源２から出力される電力を、変換部１０により交流の電力に変換する。交流電圧・電流は、ヒューズ１１及び閉路した系統連系リレー１２を経て、交流電路３に供給される。交流電力は、負荷３Ｌによって消費されるとともに、余剰分の電力は逆潮流により売電することができる。
上記のように構成された電力変換装置１は、直流電源２から出力される電力を、変換部１０により交流の電力に変換する。交流電圧・電流は、ヒューズ１１及び閉路した系統連系リレー１２を経て、交流電路３に供給される。交流電力は、負荷３Ｌによって消費されるとともに、余剰分の電力は逆潮流により売電することができる。
《遮断部の動作状態判定》
次に、遮断部であるヒューズ１１の動作状態判定について説明する。まず、基本的な考え方から説明すると、ヒューズ１１の１次側及び２次側の個々の電圧について要件を判定するのではなく、１次側の電圧（実効値又は波高値）と２次側の電圧（実効値又は波高値）との相対的な電圧差（言い換えればヒューズ１１の両端の電位差）が閾値より大きくなることで、ヒューズの溶断を検出しようとすることである。ここで、より確実な溶断検出のためには、閾値は低い（例えば通常の電圧の１０％以下）方が無難である。しかし、閾値を低くすると、急峻な電圧低下時に、本来同じであるべき１次側の電圧と２次側の電圧とで、演算のタイミングによる差が生じるか又はノイズの影響で差が生じることも考えられ、誤判定のリスクが懸念される。
次に、遮断部であるヒューズ１１の動作状態判定について説明する。まず、基本的な考え方から説明すると、ヒューズ１１の１次側及び２次側の個々の電圧について要件を判定するのではなく、１次側の電圧（実効値又は波高値）と２次側の電圧（実効値又は波高値）との相対的な電圧差（言い換えればヒューズ１１の両端の電位差）が閾値より大きくなることで、ヒューズの溶断を検出しようとすることである。ここで、より確実な溶断検出のためには、閾値は低い（例えば通常の電圧の１０％以下）方が無難である。しかし、閾値を低くすると、急峻な電圧低下時に、本来同じであるべき１次側の電圧と２次側の電圧とで、演算のタイミングによる差が生じるか又はノイズの影響で差が生じることも考えられ、誤判定のリスクが懸念される。
そこで、もう一つの加重要件を考える。この要件とは、ヒューズ１１の１次側と２次側との電圧の位相差が、閾値より大きいこと、である。位相差が閾値より大きいときは、ヒューズ１１が溶断していると考えられ、閾値より大きくないときはヒューズ１１の溶断ではないと考えられる。但し、フィードバック型のＰＬＬ（Phase Locked Loop）による位相検出の場合、位相差が生じるような状態のときに徐々に位相がずれていくため、閾値を大きくするほど溶断の検出が遅くなり、逆に、閾値を小さくするほどノイズに影響されて誤判定しやすいという特徴がある。
そこで、２つの閾値すなわち、電圧差閾値及び位相差閾値を共にある程度小さく設定しつつ、２つの要件をＡＮＤ（論理積）にした事象の成立をもって、ヒューズ１１の溶断と判定することが好ましいと考えられる。すなわち、２つの要件をＡＮＤにすることで、誤判定の可能性を下げるのである。
図２は、判定部１４によって実行される、ヒューズ１１の動作状態判定の処理手順を示すフローチャートである。判定は、電力変換装置１が「停止」又は「待機」の状態で行われる。この状態では、変換部１０は交流電圧を出力していないが、商用電力系統３Ｐからの交流電圧が電力変換装置１内に入り込んでくる。
図２において、判定の処理開始により、判定部１４は、ヒューズ１１の１次側にある電圧センサ１５が検出する電圧と、ヒューズ１１の２次側にある電圧センサ１６が検出する電圧とを取得する。これらは、少なくとも交流１サイクルに亘って取得し、そこから、実効値（又は波高値）としての１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２を求める（ステップＳ１）。また、取得した電圧に基づいて、１次側位相θ１及び２次側位相θ２も求める。
次に、判定部１４は、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２との電圧差を求め、その絶対値が電圧差閾値ΔＶｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。すなわち、下記の式（１）が成り立つか否か、の判定である。
|Ｖ１−Ｖ２|＞ΔＶｔｈ ・・・（１）
なお、電圧差閾値ΔＶｔｈの具体的な値としては、Ｖ１，Ｖ２を測定する線間における通常の電圧の例えば１０％以下とする。
|Ｖ１−Ｖ２|＞ΔＶｔｈ ・・・（１）
なお、電圧差閾値ΔＶｔｈの具体的な値としては、Ｖ１，Ｖ２を測定する線間における通常の電圧の例えば１０％以下とする。
ここで、ヒューズ１１が正常で、交流電路３の電圧低下も無い通常の状態では、Ｖ１＝Ｖ２となるため、式（１）は成り立たず、ステップＳ２の判定は「Ｎｏ」となる。通常は、このステップＳ１，Ｓ２の処理が繰り返される。
一方、ヒューズ１１が溶断している場合には、式（１）が成り立つ。式（１）が成り立つと、判定部１４は次に、１次側位相θ１及び２次側位相θ２から、位相差を求める。そして、位相差の絶対値が位相差閾値Δθｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、下記の式（２）が成り立つか否か、の判定である。
|θ１−θ２|＞Δθｔｈ ・・・（２）
|θ１−θ２|＞Δθｔｈ ・・・（２）
判定部１４は、式（２）が成り立たない場合は、電圧低下と判定し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。式（２）が成り立つ場合は、判定部１４は、ヒューズ溶断と判定し（ステップＳ４）、制御部１３に対して、例えばシャットダウンの指示を与える（ステップＳ６）。この場合、ヒューズ交換後、電力変換装置１を再起動することにより、再び図２のフローチャートの処理が行われる。
なお、式（１）、式（２）においては、左辺と右辺とが互いに等しい場合を含めていないが、含めてもよい。すなわち、「＞」に代えて「≧」でもよい。
なお、式（１）、式（２）においては、左辺と右辺とが互いに等しい場合を含めていないが、含めてもよい。すなわち、「＞」に代えて「≧」でもよい。
《まとめ》
以上のように、判定部１４は、第１電圧センサ１５及び第２電圧センサ１６のそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、１次側電圧と２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、１次側位相と２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象によりヒューズ１１が溶断していると判定する。ヒューズ１１が溶断して開路すると、電圧差の絶対値は電圧差閾値より大きくなり、かつ、位相差の絶対値が位相差閾値より大きくなるので、当該事象により、ヒューズ１１の溶断を検出することができる。このように、ヒューズ１１の前後での相対比較による電圧差及び位相差の２要件成立の事象を検出することで、確実に、ヒューズ１１の溶断を検出することができる。
以上のように、判定部１４は、第１電圧センサ１５及び第２電圧センサ１６のそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、１次側電圧と２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、１次側位相と２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象によりヒューズ１１が溶断していると判定する。ヒューズ１１が溶断して開路すると、電圧差の絶対値は電圧差閾値より大きくなり、かつ、位相差の絶対値が位相差閾値より大きくなるので、当該事象により、ヒューズ１１の溶断を検出することができる。このように、ヒューズ１１の前後での相対比較による電圧差及び位相差の２要件成立の事象を検出することで、確実に、ヒューズ１１の溶断を検出することができる。
また、判定部１４は、電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、位相差の絶対値が位相差閾値より小さい、という事象により、交流電路３が電圧低下状態であると判定することができる。交流電路３の電圧が一時的に急峻に低下したとき、ヒューズ１１が正常であっても、電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きくなることはあり得るが、この場合でも、１次側位相と２次側位相とでは、位相差閾値より大きい位相差は生じない。従って、電圧の一時的な低下を、誤ってヒューズの溶断と誤判定することを、防止できる。
また、電圧差閾値を、線間での通常の電圧の１０％以下という比較的小さい値に設定することで、ヒューズ１１の溶断が確実にこの要件を満たすようにする。この場合、逆に、誤判定の可能性が増すことにもなるが、位相差についてもＡＮＤ（論理積）で判定を行うことにより、誤判定を防止することができる。
《第２例の回路構成》
図３は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第２例を示す図である。図１との違いは、自立運転の回路を備えている点であり、それ以外は、図１と同様である。図３において、電力変換装置１内の変換部１０から引き出される出力電路ｕ，ｖは図示のように分岐して、ヒューズ１７、自立運転リレー１８、電圧センサ１９を有する自立運転の回路を構成している。電圧センサ１９は、ヒューズ１７の２次側の線間電圧を検出し、検出出力を判定部１４に送る。自立運転の出力端子１ｕ，１ｖには、自立運転で電力を供給すべき負荷３Ｌｅが接続される。
図３は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第２例を示す図である。図１との違いは、自立運転の回路を備えている点であり、それ以外は、図１と同様である。図３において、電力変換装置１内の変換部１０から引き出される出力電路ｕ，ｖは図示のように分岐して、ヒューズ１７、自立運転リレー１８、電圧センサ１９を有する自立運転の回路を構成している。電圧センサ１９は、ヒューズ１７の２次側の線間電圧を検出し、検出出力を判定部１４に送る。自立運転の出力端子１ｕ，１ｖには、自立運転で電力を供給すべき負荷３Ｌｅが接続される。
《遮断部の動作状態判定》
自立運転の回路における遮断部であるヒューズ１７の動作状態判定については、前述の図１におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
但し、判定は、電力変換装置１が自立運転の状態で行われる。この状態では、自立運転リレー１８が閉路し、系統連系リレー１２は開路している。すなわち、判定部１４は、変換部１０から出力される交流電圧に基づいて判定を行う。自立運転の場合も、過電流によるヒューズ１７の溶断は起こり得る。また、例えば負荷３Ｌｅの消費電力が急激に増大した場合には、一時的な電圧低下も起こり得る。
自立運転の回路における遮断部であるヒューズ１７の動作状態判定については、前述の図１におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
但し、判定は、電力変換装置１が自立運転の状態で行われる。この状態では、自立運転リレー１８が閉路し、系統連系リレー１２は開路している。すなわち、判定部１４は、変換部１０から出力される交流電圧に基づいて判定を行う。自立運転の場合も、過電流によるヒューズ１７の溶断は起こり得る。また、例えば負荷３Ｌｅの消費電力が急激に増大した場合には、一時的な電圧低下も起こり得る。
このように、系統連系及び自立運転の択一的動作が可能な電力変換装置１では、系統連系時には「停止」又は「待機」の状態で判定を行うことができる。また、自立運転時には、自立運転の状態で、判定を行うことができる。すなわち、系統連系時及び自立運転時のいずれにおいても、判定を行うことができる。
判定部１４による判定のアルゴリズムは、系統連系及び自立運転の両方で使用することができる。これにより、判定部１４に必要なメモリ容量を抑制することができる。
また、系統連系及び自立運転の両モードを実現するには制御部１３に搭載されるソフトウェア規模が大きくなり、制御部１３のＣＰＵには相応の負担がある。もし、制御部１３にさらに遮断部（ヒューズ１１，１７）の動作状態判定まで負担させると、制御部１３の負担が重くなる。しかし、制御部１３とは別に、判定部１４を設け、遮断部の動作状態判定のジョブを判定部１４に担わせることで、制御部１３の負担増大を防止することができる。このような役割分担は、システム設計を容易にする利点がある。但し、制御部１３の処理能力が非常に高く、余裕がある場合には、判定部１４を制御部１３の一機能とすることも可能である。
また、系統連系及び自立運転の両モードを実現するには制御部１３に搭載されるソフトウェア規模が大きくなり、制御部１３のＣＰＵには相応の負担がある。もし、制御部１３にさらに遮断部（ヒューズ１１，１７）の動作状態判定まで負担させると、制御部１３の負担が重くなる。しかし、制御部１３とは別に、判定部１４を設け、遮断部の動作状態判定のジョブを判定部１４に担わせることで、制御部１３の負担増大を防止することができる。このような役割分担は、システム設計を容易にする利点がある。但し、制御部１３の処理能力が非常に高く、余裕がある場合には、判定部１４を制御部１３の一機能とすることも可能である。
《第３例の回路構成》
図４は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第３例を示す図である。図において、電力変換装置１は、直流電源２と、単相３線の交流電路３との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行っている。単相３線は、電圧線の出力電路ｕ，ｖと中性線の出力電路ｏとによって構成される。直流電源２は、例えば、太陽光発電パネルである。交流電路３とは、電力変換装置１が設けられている需要家の負荷３Ｌ，３Ｌｕ，３Ｌｖへの電路、及び、単相３線の商用電力系統３Ｐｕ，３Ｐｖである。負荷３Ｌはｕ−ｖ間の負荷、負荷３Ｌｕはｕ−ｏ間の負荷、負荷３Ｌｖはｖ−ｏ間の負荷である。
図４は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第３例を示す図である。図において、電力変換装置１は、直流電源２と、単相３線の交流電路３との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行っている。単相３線は、電圧線の出力電路ｕ，ｖと中性線の出力電路ｏとによって構成される。直流電源２は、例えば、太陽光発電パネルである。交流電路３とは、電力変換装置１が設けられている需要家の負荷３Ｌ，３Ｌｕ，３Ｌｖへの電路、及び、単相３線の商用電力系統３Ｐｕ，３Ｐｖである。負荷３Ｌはｕ−ｖ間の負荷、負荷３Ｌｕはｕ−ｏ間の負荷、負荷３Ｌｖはｖ−ｏ間の負荷である。
電力変換装置１は、直流／交流の電力変換を行う変換部１０、変換部１０からの出力電路ｕ，ｏ，ｖのうちｕに設けられた遮断部としてのヒューズ１１、系統連系リレー１２、制御部１３、判定部１４、電圧センサ１５、及び、電圧センサ１６を備えている。これらの機能は図１と同様である。なお、電圧センサ１５は、ヒューズ１１の１次側のｕ−ｖ間電圧（２０２Ｖ）を検出する。電圧センサ１６は、ヒューズ１１の２次側のｕ−ｖ間電圧（２０２Ｖ）を検出する。
《遮断部の動作状態判定》
図４におけるヒューズ１１の動作状態判定については、前述の図１におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
このように、単相３線式の電力変換装置１においても、同様にヒューズ１１の動作状態判定を行うことができる。
図４におけるヒューズ１１の動作状態判定については、前述の図１におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
このように、単相３線式の電力変換装置１においても、同様にヒューズ１１の動作状態判定を行うことができる。
《第４例の回路構成》
図５は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第４例を示す図である。図４との違いは、電圧センサ１５及び電圧センサ１６が、ｕ−ｏ間電圧（１０１Ｖ）を検出対象としている点であり、それ以外は図４と同様である。なお、電圧センサ１６は、ｕ−ｏ線間ではなくｖ−ｏ線間に設けてもよい。前述の式（１）の左辺において電圧差を求めることから、ヒューズ１１の１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２は、電圧レベルを揃える必要がある。すなわち、１次側電圧Ｖ１が２００Ｖ系（２０２Ｖ）であれば２次側電圧Ｖ２も２００Ｖ系とし、１次側電圧Ｖ１が１００Ｖ系（１０１Ｖ）であれば２次側電圧Ｖ２も１００Ｖ系とする。但し、１次側の電圧センサ１５及び２次側の電圧センサ１６の一方が２００Ｖ系、他方が１００Ｖ系であってもよく、この場合は、どちらか一方が検出する電圧を換算（２倍又は０．５倍）すればよい。
また、ヒューズ１１が出力電路ｖ上に設けられる場合は、電圧センサ１５，１６もそれに対応して設けられることになる。
図５は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第４例を示す図である。図４との違いは、電圧センサ１５及び電圧センサ１６が、ｕ−ｏ間電圧（１０１Ｖ）を検出対象としている点であり、それ以外は図４と同様である。なお、電圧センサ１６は、ｕ−ｏ線間ではなくｖ−ｏ線間に設けてもよい。前述の式（１）の左辺において電圧差を求めることから、ヒューズ１１の１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２は、電圧レベルを揃える必要がある。すなわち、１次側電圧Ｖ１が２００Ｖ系（２０２Ｖ）であれば２次側電圧Ｖ２も２００Ｖ系とし、１次側電圧Ｖ１が１００Ｖ系（１０１Ｖ）であれば２次側電圧Ｖ２も１００Ｖ系とする。但し、１次側の電圧センサ１５及び２次側の電圧センサ１６の一方が２００Ｖ系、他方が１００Ｖ系であってもよく、この場合は、どちらか一方が検出する電圧を換算（２倍又は０．５倍）すればよい。
また、ヒューズ１１が出力電路ｖ上に設けられる場合は、電圧センサ１５，１６もそれに対応して設けられることになる。
《遮断部の動作状態判定》
図５におけるヒューズ１１の動作状態判定については、前述の図１，図４におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
図５におけるヒューズ１１の動作状態判定については、前述の図１，図４におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
《第５例の回路構成》
図６は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第５例を示す図である。図４との違いは、自立運転の回路を備えている点であり、それ以外は、図４と同様である。図６において、電力変換装置１内の変換部１０から引き出される出力電路ｕ，ｏ，ｖは図示のように分岐して、ヒューズ１７、自立運転リレー１８、電圧センサ１９を有する自立運転の回路を構成している。電圧センサ１９は、ヒューズ１７の２次側のｕ−ｖ間電圧を検出し、検出出力を判定部１４に送る。自立運転の出力端子１ｕ，１ｏ，１ｖには、例えば、自立運転で電力を供給すべき負荷３Ｌｅ，３Ｌｕｅ，３Ｌｖｅが接続される。なお、第４例でも前述したように、電圧センサ１５，１６，１７については図６（ｕ−ｖ間）に限られず、種々の設け方が可能であり、要するに、同じ電圧レベルを得られるようにすればよい。
図６は、電力変換装置を含む分散型電源システムの回路構成の第５例を示す図である。図４との違いは、自立運転の回路を備えている点であり、それ以外は、図４と同様である。図６において、電力変換装置１内の変換部１０から引き出される出力電路ｕ，ｏ，ｖは図示のように分岐して、ヒューズ１７、自立運転リレー１８、電圧センサ１９を有する自立運転の回路を構成している。電圧センサ１９は、ヒューズ１７の２次側のｕ−ｖ間電圧を検出し、検出出力を判定部１４に送る。自立運転の出力端子１ｕ，１ｏ，１ｖには、例えば、自立運転で電力を供給すべき負荷３Ｌｅ，３Ｌｕｅ，３Ｌｖｅが接続される。なお、第４例でも前述したように、電圧センサ１５，１６，１７については図６（ｕ−ｖ間）に限られず、種々の設け方が可能であり、要するに、同じ電圧レベルを得られるようにすればよい。
《遮断部の動作状態判定》
図６の自立運転の回路における遮断部であるヒューズ１７の動作状態判定については、前述の図１におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
回路構成の各例についての説明は以上である。
図６の自立運転の回路における遮断部であるヒューズ１７の動作状態判定については、前述の図１におけるヒューズ１１の動作状態判定（図２）と同様である。
回路構成の各例についての説明は以上である。
《その他》
なお、上記の説明において、遮断部はヒューズ１１であるとして説明したが、ヒューズ１１に代えて回路遮断器であっても同様に判定部１４による判定を行うことができる。すなわち、トリップを知らせる補助接点を持たない回路遮断器を使用して、動作状態判定をすることができる。
なお、上記の説明において、遮断部はヒューズ１１であるとして説明したが、ヒューズ１１に代えて回路遮断器であっても同様に判定部１４による判定を行うことができる。すなわち、トリップを知らせる補助接点を持たない回路遮断器を使用して、動作状態判定をすることができる。
また、上記の説明において、直流電源２は太陽光発電パネルであるとして説明したが、蓄電池であってもよい。蓄電池の場合には、例えば図３において、変換部１０は双方向に電力変換を行う。そして、商用電力系統３Ｐから電力を提供して蓄電池を充電し、商用電力系統３Ｐの停電時には、自立運転により、蓄電池２に蓄えた電力を負荷３Ｌｅに提供することができる。
また、例えば図１の直流電源２が蓄電池であってもよい。この場合、例えば、商用電力系統３Ｐの夜間電力を蓄電池２に蓄え、蓄えた電力を、昼間に負荷３Ｌに供給することができる。但し、この場合、逆潮流による売電は許可されないので、負荷３Ｌでの消費に限られる。
また、例えば図１の直流電源２が蓄電池であってもよい。この場合、例えば、商用電力系統３Ｐの夜間電力を蓄電池２に蓄え、蓄えた電力を、昼間に負荷３Ｌに供給することができる。但し、この場合、逆潮流による売電は許可されないので、負荷３Ｌでの消費に限られる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ 電力変換装置
１ｕ，１ｏ，１ｖ 出力端子
２ 直流電源
３ 交流電路
３Ｐ，３Ｐｕ，３Ｐｖ 商用電力系統
３Ｌ，３Ｌｕ，３Ｌｖ，３Ｌｅ，３Ｌｕｅ，３Ｌｖｅ 負荷
１０ 変換部
１１ ヒューズ
１２ 系統連系リレー
１３ 制御部
１４ 判定部
１５ 電圧センサ
１６ 電圧センサ
１７ ヒューズ
１８ 自立運転リレー
１９ 電圧センサ
１ｕ，１ｏ，１ｖ 出力端子
２ 直流電源
３ 交流電路
３Ｐ，３Ｐｕ，３Ｐｖ 商用電力系統
３Ｌ，３Ｌｕ，３Ｌｖ，３Ｌｅ，３Ｌｕｅ，３Ｌｖｅ 負荷
１０ 変換部
１１ ヒューズ
１２ 系統連系リレー
１３ 制御部
１４ 判定部
１５ 電圧センサ
１６ 電圧センサ
１７ ヒューズ
１８ 自立運転リレー
１９ 電圧センサ
Claims (7)
- 直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置であって、
前記電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に設けられた遮断部と、
前記遮断部の１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出する第１電圧センサと、
前記遮断部の２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出する第２電圧センサと、
前記第１電圧センサ及び前記第２電圧センサのそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記遮断部が開路していると判定する判定部と、
を備えている電力変換装置。 - 前記電圧差の絶対値が前記電圧差閾値より大きく、かつ、前記位相差の絶対値が前記位相差閾値より小さい、という事象により、前記判定部は、前記交流電路が電圧低下状態であると判定する、請求項１に記載の電力変換装置。
- 前記電圧差閾値は、前記線間での通常の電圧の１０％以下である請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置が系統連系を行う場合、前記判定部は、停止又は待機の状態で判定を行い、
前記電力変換装置が自立運転を行う場合、前記判定部は、自立運転の状態で判定を行う請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。 - 前記出力電路は単相３線式であり、
前記１次側電圧が電圧線同士の２線間電圧であるときは、前記２次側電圧も電圧線同士の２線間電圧であり、
前記１次側電圧が中性線を含む２線間電圧であるときは、前記２次側電圧も中性線を含む２線間電圧である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。 - 直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置であって、
前記電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に設けられたヒューズと、
前記ヒューズの１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出する第１電圧センサと、
前記ヒューズの２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出する第２電圧センサと、
前記第１電圧センサ及び前記第２電圧センサのそれぞれの検出出力に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記ヒューズが溶断していると判定し、前記電圧差の絶対値が前記電圧差閾値より大きく、かつ、前記位相差の絶対値が前記位相差閾値より小さい、という事象により前記交流電路が電圧低下状態であると判定する、判定部と、
を備えている電力変換装置。 - 直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置における出力電路の少なくとも一線に遮断部が設けられている状況で、前記電力変換装置に設けられた判定部により前記遮断部の動作状態を判定する、遮断部の動作状態判定方法であって、
前記遮断部の１次側で、前記出力電路の線間での電圧を検出するとともに、前記遮断部の２次側で、前記出力電路の前記線間に相当する電圧を検出し、
前記１次側及び前記２次側でそれぞれ検出した電圧に基づいて、１次側電圧及び２次側電圧並びに１次側位相及び２次側位相を求め、
前記１次側電圧と前記２次側電圧との電圧差の絶対値が電圧差閾値より大きく、かつ、前記１次側位相と前記２次側位相との位相差の絶対値が位相差閾値より大きい、という事象により前記遮断部が開路していると判定する、
遮断部の動作状態判定方法。
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