JP6801788B2

JP6801788B2 - 電力変換装置、電力システムおよび電力システムの無効電力抑制方法

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Publication number: JP6801788B2
Application number: JP2019529341A
Authority: JP
Inventors: 勝矢梅田; 嗣大田中; 雅博木下
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2020-12-16
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Description

本発明は、電力変換装置、電力システムおよび電力システムの無効電力抑制方法に関するものである。

従来、例えば日本特開２００９−１７１６５２号公報に開示されているように、系統連系を行う電力システムが知られている。上記従来の電力システムは、電力系統に接続された電力変換装置と、電力系統と電力変換装置との間に設けられたフィルタ用の交流コンデンサと、電力変換装置に直流電力を供給する二次電池と、を備えている。このようなシステム構成において電力変換装置が動作停止状態になると、電力系統とフィルタ用の交流コンデンサが接続された状態であるので、交流コンデンサを出入りする無効電力が発生してしまう。この点、上記従来の電力システムにおいては、二次電池と電力変換装置との間に直流遮断器が設けられている。上記従来の電力システムでは、交流コンデンサを出入りする無効電力の抑制が必要である場合には、直流遮断器を開放状態すなわち遮断状態とするとともに、電力系統から電力変換装置に流入する無効電流を低減するように電力変換器が制御される。

日本特開２００９−１７１６５２号公報

上記従来の電力変換器では無効電力抑制時には直流遮断器が遮断状態とされるが、直流遮断器の追加が必須となる。一方、電力変換器と電力系統との間には交流遮断器が備えられていることが普通である。そこで、無効電力の抑制のためにこの交流遮断器を一時的に遮断状態に切り替えることも考えられる。しかしながら、交流遮断器は、主として電力系統と電力変換器との間に流れる大電流を遮断する目的で設けられている。交流遮断器には十分に高い遮断能力が備えられるものの、その一方で、交流遮断器は過大電流遮断用などが主目的であるから交流遮断器で想定される開閉頻度はそれほど多くは無い。仮に無効電力を抑制するために交流遮断器を作動させた場合には、交流遮断器の開閉頻度が大幅に増大し、交流遮断器が早期に機械寿命を迎えてしまう。その結果、交流遮断器の早期交換等が必要になるなどの問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、交流遮断器への負担を抑制しつつ無効電力を抑制することができる電力変換装置、電力システムおよび電力システムの無効電力抑制方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる電力システムは、交流電源と、一端が前記交流電源の出力端に直列接続されたインダクタと、一端に前記インダクタの他端の電圧を受けるコンデンサと、を含む交流フィルタ回路と、前記インダクタの前記他端と電力系統との間に設けられた交流遮断器と、前記インダクタの前記他端と前記交流遮断器とを結ぶ配線と、前記コンデンサの前記一端と、の間に設けられた第一開閉器と、前記交流電源が予め定められた待機モードで運転されるときには前記交流遮断器が接続状態のままとされた状態で前記第一開閉器を接続状態から遮断状態に切り替える制御部と、前記コンデンサの前記一端と前記第一開閉器との接続点と、前記交流遮断器と前記電力系統とを結ぶ配線と、の間に設けられた第二開閉器と、前記待機モード中には前記第二開閉器を遮断状態とし、前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一開閉器が遮断状態となっている状態で前記第二開閉器を接続状態とし、前記電力系統の第一電圧値および前記コンデンサの第二電圧値との差が予め定めた第一所定値以下になったら前記第二開閉器を遮断状態とし且つ前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築された充電制御回路と、を備え、前記充電制御回路は、前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一電圧値と前記第二電圧値との差が予め前記第一所定値より小さく定めた第二所定値以下であると判断したときには、前記第二開閉器を接続状態とすることなく前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築される。

本発明にかかる電力変換装置は、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、一端が前記インバータ回路の出力端に直列接続されたインダクタと、一端に前記インダクタの他端の電圧を受けるコンデンサと、を含む交流フィルタ回路と、前記インダクタの前記他端と電力系統との間に設けられた交流遮断器と前記インダクタの前記他端とを結ぶ配線に対して前記コンデンサの前記一端を接続し、前記配線と前記コンデンサの前記一端との間に設けられた第一開閉器と、前記直流電源および前記インバータ回路を含む電力システムが予め定められた待機モードへ移行すると判定されたときに前記第一開閉器を遮断状態とする制御回路と、前記コンデンサの前記一端と前記第一開閉器との接続点と、前記交流遮断器と前記電力系統とを結ぶ配線と、の間に設けられた第二開閉器と、前記待機モード中には前記第二開閉器を遮断状態とし、前記電力システムが前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一開閉器が遮断状態となっている状態で前記第二開閉器を接続状態とし、前記電力系統の第一電圧値および前記コンデンサの第二電圧値との差が予め定めた第一所定値以下になったら前記第二開閉器を遮断状態とし且つ前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築された充電制御回路と、を備え、前記充電制御回路は、前記電力システムが前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一電圧値と前記第二電圧値との差が予め前記第一所定値より小さく定めた第二所定値以下であると判断したときには、前記第二開閉器を接続状態とすることなく前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築される。

本発明にかかる電力システムの無効電力抑制方法は、交流電源と、一端が前記交流電源の出力端に直列接続されたインダクタと、一端に前記インダクタの他端の電圧を受けるコンデンサと、を含む交流フィルタ回路と、前記インダクタの前記他端と電力系統との間に設けられた交流遮断器と、を備える電力システムを準備し、前記インダクタの前記他端と前記交流遮断器とを結ぶ配線と、前記コンデンサの前記一端と、の間の状態を、第一開閉器を用いて接続状態と遮断状態との間で切り替える電力システムの無効電力抑制方法において、前記交流電源が予め定められた待機モードで運転されるときには前記交流遮断器が接続状態のままとされた状態で前記第一開閉器を接続状態から遮断状態に切り替えるステップと、前記コンデンサの前記一端と前記第一開閉器との接続点と、前記交流遮断器と前記電力系統とを結ぶ配線と、の間に設けられた第二開閉器を、前記待機モード中に遮断状態とするステップと、前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一開閉器が遮断状態となっている状態で前記第二開閉器を接続状態とすることで前記コンデンサを充電する充電ステップと、前記充電ステップの後に、前記電力系統の第一電圧値および前記コンデンサの第二電圧値との差が予め定めた第一所定値以下になったら前記第二開閉器を遮断状態とし且つ前記第一開閉器を接続状態に切り替えるステップと、を備え、前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一電圧値と前記第二電圧値との差が予め前記第一所定値より小さく定めた第二所定値以下であると判断したときには、前記第二開閉器を接続状態とすることなく前記第一開閉器を接続状態に切り替える。

本発明によれば、交流遮断器を作動させなくとも、第一開閉器を必要に応じて遮断状態とすることで交流フィルタ回路に無効電力が出入りすることを抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかる電力システムを示す回路図である。本発明の実施の形態２にかかるパワーコンディショナおよび電力システムを示す回路図である。本発明の実施の形態３にかかる電力システムを示す回路図である。本発明の実施の形態３にかかる電力システムの通常運転を説明するための回路図である。本発明の実施の形態３にかかる電力システムの待機モードを説明するための回路図である。本発明の実施の形態３にかかる電力システムの充電中の動作を説明するための回路図である。本発明の実施の形態４にかかるパワーコンディショナおよび電力システムを示す回路図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力システム１を示す回路図である。電力システム１は、交流電源である交流発電機１０と、発電機制御部１２と、交流フィルタ回路１３と、交流遮断器２０と、第一開閉器２２と、を備えている。電力システム１は電力系統１００と接続されており、これらは系統連系運転されている。発電機制御部１２は、交流発電機１０および第一開閉器２２を制御する。

実施の形態１にかかる交流発電機１０は、交流電力を出力する発電機である。交流発電機１０は、直流電源と直流交流変換装置とを組み合わせたものであってもよい。つまり、交流発電機１０は、太陽電池アレイおよびインバータ回路を含む太陽光発電機であってもよい。あるいは、交流発電機１０の代わりに、電池およびインバータ回路を含む電源システムを交流電源として用いてもよい。交流発電機１０は、風力発電機等であってもよく、既に各種公知の発電機を適用することができるので、詳細な説明は省略する。交流発電機１０を太陽光発電機とした場合の具体例は、後述する実施の形態２で説明する。

交流フィルタ回路１３は、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、を含む。インダクタＬ１の一端は、交流発電機１０の出力端に直列接続されている。コンデンサＣ１の一端に、インダクタＬ１の他端の電圧が印加される。コンデンサＣ１の他端は、具体的な回路構成によって接地される場合と接地されない場合とがある。よって図１の回路図ではコンデンサＣ１の他端について接地の有無を明記していない。コンデンサＣ１は、フィルムコンデンサ又はオイルコンデンサを用いてもよい。

交流遮断器２０は、インダクタＬ１の他端と電力系統１００との間に設けられている。配線１４は、インダクタＬ１の他端と交流遮断器２０とを繋いでいる。配線１５は、交流遮断器２０と電力系統１００とを結んでいる。第一開閉器２２は、配線１４とコンデンサＣ１の一端との間に介在している。第一開閉器２２は、配線１４とコンデンサＣ１の一端との間の状態を、接続状態と遮断状態との間で切り替え可能である。実施の形態１における用語について説明する。「接続状態」とは、第一開閉器２２が閉じられて、電気経路が導通し、第一開閉器２２を通じて電流が流れる状態を意味する。「遮断状態」とは、第一開閉器２２が開かれて、電気経路が断たれ、電流が流れない状態を意味する。遮断状態は、開放状態と呼称されることもある。実施の形態２〜４でも同様である。

第一開閉器２２は、交流遮断器２０よりも定格電流が小さいものでもよい。交流フィルタ回路１３のコンデンサＣ１に出入りする無効電力は、交流遮断器２０が取り扱う電力に比べて小さい。よって、交流遮断器２０よりも許容電流量の小さい開閉器を第一開閉器２２として用いてもよい。交流発電機１０が発電機である場合に、第一開閉器２２は電源機容量の１０％程度の電力を遮断できればよい。仕様の具体例としては、例えば交流遮断器２０の定格電流が８９％〜９１％であってもよく、第一開閉器２２の定格電流が９％〜１１％であってもよい。

交流遮断器２０は、低圧気中交流遮断器（ＡｉｒＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒ）であってもよい。ＡＣＢは主として低圧大電流の遮断・開閉に用いられる。ＡＣＢは、磁気を帯びた消弧板を何枚も重ねて作られた消弧室内の細隙にアークを導くことで消弧するという消弧原理で作動する。

第一開閉器２２は、配線用交流遮断器（ＭｏｌｄｅｄＣａｓｅＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒ：ＭＣＣＢ）であってもよい。ＭＣＣＢの機械寿命はＡＣＢよりもはるかに長いので、第一開閉器２２をＭＣＣＢとすることで機器交換の必要性を低く抑えることができる。また、ＭＣＣＢはＡＣＢよりも安価であるから、コストも抑制できる。

発電機制御部１２は、交流発電機１０が予め定められた待機モードで運転されるときに第一開閉器２２を遮断状態とする。待機モードにおいて第一開閉器２２を確実に遮断状態とすることができ、コンデンサＣ１に対する無効電力の出入りを確実に抑制することができる。「待機モード」とは、交流発電機１０が系統連系し、待機している状態を意味する。待機モードには例えば次の第一〜第三具体例がある。第一具体例は、交流発電機１０において電圧異常等が発生して交流発電機１０が運転停止されたときである。第二具体例は、電力システム１を管理する上位監視装置からの有効電力指令値がゼロであるときである。第三具体例は、交流発電機１０の故障時である。

実施の形態１によれば、第一開閉器２２を必要に応じて遮断状態とすることでコンデンサＣ１に無効電力が出入りすることを抑制することができる。交流遮断器２０を作動させなくとも、無効電力が出入りすることを抑制することができる。

より詳細に説明すると、コンデンサＣ１への無効電力の出入りは電力系統１００の電圧変動を引き起こすので、この無効電力出入りが電力系統１００の安定度を低下させるおそれがある。交流発電機１０が電力供給をしていない待機モードであるなどの場合には、交流フィルタ回路１３は交流電力をフィルタする必要が無い。このような交流フィルタ回路１３が必要ない状況であればコンデンサＣ１を電力系統１００側から切り離してもよいので、第一開閉器２２を遮断状態にすれば電力系統１００側とコンデンサＣ１との電気的経路を断つことができるので、コンデンサＣ１に無効電力が出入りすることを抑制することができる。

なお、無効電力対策としては、実施の形態で説明した第一開閉器２２により回路からコンデンサＣ１を切り離すいわゆるサブスイッチ開放方式のほかにも、次の二つの方式が考えられる。他の一つ目の方式は、無効電力補償方式である。他の二つ目の方式は、メインスイッチ開放方式である。メインスイッチ開放方式は、交流遮断器２０の開閉により交流フィルタ回路１３を電力系統１００から切り離すというものである。メインスイッチ開放方式は、交流遮断器２０の開閉回数が増大する欠点がある。一方、無効電力補償方式は、電源機を制御することで無効電力補償を行うことにより、無効電力を抑制する方式である。電源機の状態が無効電力抑制の可否に影響してしまう。具体的には、電源機が発電できない場合、例えば太陽光発電システムであれば夜間などの場合には、無効電力補償方式を用いることができない。この点、実施の形態にかかるサブスイッチ開放方式によれば、電源機つまり交流発電機１０の状態に関係なく必要なとき速やかに無効電力対策を行うことができる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかるパワーコンディショナ３２および電力システム１ａを示す回路図である。実施の形態２にかかる電力システム１ａは、太陽光発電システム１ａである。太陽光発電システム１ａは、直流電源である太陽電池アレイ３０と、太陽電池アレイ３０と接続されたパワーコンディショナ３２と、交流遮断器２０と、トランス２８、を備える。なお、一例として、実施の形態２にかかる太陽光発電システム１ａは、上位監視装置３８とも接続されている。上位監視装置３８は、図示しない他の太陽光発電システムとも接続している。図示しない他の太陽光発電システムは、太陽光発電システム１ａと同様の構成を備えている。上位監視装置３８は、太陽光発電システム１ａおよび図示しない他の太陽光発電システムの各パワーコンディショナ３２と接続しており、太陽光発電システム１ａおよび図示しない他の太陽光発電システムを一括管理することができる。

パワーコンディショナ３２は、インバータ回路３４と、インバータ回路３４を制御する制御回路３５と、パワーコンディショナ３２の故障検知を行う故障検知回路３６と、交流フィルタ回路１３と、第一開閉器２２と、を備える。

インバータ回路３４は、太陽電池アレイ３０から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。交流フィルタ回路１３は、実施の形態１と同様に、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とを含む。インダクタＬ１の一端は、インバータ回路３４の出力端に直列接続されている。第一開閉器２２は、配線１４とコンデンサＣ１の一端との間に介在している。第一開閉器２２は、配線１４とコンデンサＣ１の一端との間の状態を、接続状態と遮断状態とに切り替え可能である。第一開閉器２２を必要に応じて開放することで、交流遮断器２０を開放することなく交流フィルタ回路１３を無効電力が出入りすることを抑制することができる。

制御回路３５は、待機モードの移行有無を判定する判定部としても機能する。制御回路３５は、太陽光発電システム１ａが予め定められた待機モードに移行するか否かを判定する。

待機モードに移行するという判定を下す条件の具体例には、例えば下記の第一〜第四条件例がある。第一条件例としては、太陽電池アレイ３０が出力する直流電圧が予め定めた下限閾値よりも低いときに待機モード条件が成立したと判定しても良い。第二条件例としては、太陽電池アレイ３０が出力する直流電圧が予め定めた上限閾値よりも高いときに待機モード条件が成立したと判定しても良い。第三条件例としては、複数の太陽光発電システム１ａを管理する上位監視装置３８が設けられている場合に、有効電力指令値がゼロであるという信号を制御回路３５が上位監視装置３８から受信したときに待機モード条件が成立したと判定しても良い。第四条件例として次のような条件でも良い。故障検知回路３６においてパワーコンディショナ３２の故障が検知された場合には、インバータ回路３４がゲートブロック待機とされる。ゲートブロックとは、インバータ回路３４の電力用半導体素子の動作を止めることである。第四条件例として、ゲートブロック待機が行われたときに待機モード条件が成立したと判定しても良い。

パワーコンディショナ３２は、判定部で待機モードへ移行すると判定されたときに第一開閉器２２を遮断状態とする。具体的には、上記の待機モード移行条件の第一〜第四条件例のうち少なくとも１つが成立したら、制御回路３５または故障検知回路３６が第一開閉器２２を遮断状態に制御してもよい。

実施の形態２にかかる太陽光発電システム１ａを、各種公知の電源システムに変形しても良い。電源システムは、電池と、この電池に充電する充電モードとこの電池の直流電力を交流電力に変換して出力する放電モードとを備える電力変換器と、を備えるものであってもよい。太陽電池アレイ３０を電池に置換し、パワーコンディショナ３２を電力変換器に置換すればよい。電池は、各種公知の二次電池および燃料電池などが用いられてもよい。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３にかかる電力システム２を示す回路図である。電力システム２は、実施の形態１にかかる電力システム１に、充電回路４０を追加したものである。充電回路４０は、電力系統１００の系統電圧Ｖ_ｇｒｉｄでコンデンサＣ１を充電することができる。

充電回路４０は、第二開閉器２４と、充電制御回路４２と、電流制限部４４と、を備える。コンデンサＣ１の一端と第一開閉器２２とが、接続点１６で接続されている。交流遮断器２０と電力系統１００とが、配線１５で結ばれている。第二開閉器２４は、接続点１６と配線１５との間に介在している。第二開閉器２４は、接続点１６と配線１５との間の状態を、接続状態と遮断状態との間で切り替え可能である。

電流制限部４４は、電力系統１００の高電圧がコンデンサＣ１の一端に印加されることを抑制する。電流制限部４４は、抵抗器あるいは定電流回路などであってもよい。電流制限部４４によって、コンデンサＣ１の一端に流れ込む電流を調節することができる。

充電制御回路４２は、第一開閉器２２および第二開閉器２４に制御信号を与えることで、第一開閉器２２および第二開閉器２４それぞれを接続状態と遮断状態との間で切り替えることができる。充電制御回路４２には、電力系統１００の系統電圧Ｖ_ｇｒｉｄおよびコンデンサＣ１の電圧Ｖ_ＡＣＣが入力されている。充電制御回路４２は、内部に比較器を備えている。充電制御回路４２内部の比較器は、系統電圧Ｖ_ｇｒｉｄと電圧Ｖ_ＡＣＣとの差に応じた出力を発することができる。充電制御回路４２が第二開閉器２４を接続状態とすることで、コンデンサＣ１を充電することができる。

次に、図４〜図６を用いて実施の形態３にかかる電力システム２および充電回路４０の動作を説明する。図４は、本発明の実施の形態３にかかる電力システム２の通常運転を説明するための回路図である。電力システム２が通常運転されているときには、交流発電機１０が定常どおり運転されており、交流発電機１０と電力系統１００との系統連系が安定に実施される。通常運転時には、交流遮断器２０はオンつまり接続状態であり、第一開閉器２２はオンつまり接続状態であり、第二開閉器２４はオフつまり遮断状態である。

実施の形態３にかかる電力システム２は、特定の条件が成立すると、待機モードへと移行する。待機モード移行条件の具体例は、実施の形態１で説明したとおりである。

図５は、本発明の実施の形態３にかかる電力システム２の待機モードを説明するための回路図である。待機モードでは、交流遮断器２０はオンつまり接続状態であり、第一開閉器２２はオフつまり遮断状態であり、第二開閉器２４はオフつまり遮断状態である。第一開閉器２２を遮断状態にすれば電力系統１００側とコンデンサＣ１との電気的経路を断つことができるので、コンデンサＣ１に無効電力が出入りすることを抑制することができる。

電力システム２が待機モードから通常運転に復帰するときには、第一開閉器２２を接続状態として交流フィルタ回路１３がフィルタ機能を発揮できるようにすべきである。しかしながら、待機モードへの移行に伴って第一開閉器２２を遮断状態とした後に、コンデンサＣ１の電圧が低い状態で第一開閉器２２を接続状態に切り替えると、コンデンサＣ１に突入電流が流れる恐れがある。そこで、実施の形態３にかかる電力システム２は、待機モードから通常運転に復帰する際に、下記のようにコンデンサＣ１の充電を行う。

図６は、本発明の実施の形態３にかかる電力システム２の充電中の動作を説明するための回路図である。交流発電機１０が待機モードから交流電力供給を復帰するときには、発電機制御部１２から充電制御回路４２へと復帰報知信号が伝達される。充電制御回路４２は、復帰報知信号を受け取ると、まず第二開閉器２４を接続状態とする。これにより、充電電流Ｉａが流れて、コンデンサＣ１が充電される。充電制御回路４２は、コンデンサＣ１の電圧Ｖ_ＡＣＣと電力系統１００の系統電圧Ｖ_ｇｒｉｄとの差が予め定めた第一所定値以下になったら、コンデンサＣ１の充電が十分に行われたと判定する。コンデンサＣ１の充電が十分に行われたと判定されたら、充電制御回路４２は、第二開閉器２４を遮断状態とし、続いて第一開閉器２２を遮断状態から接続状態に切り替える。

充電回路４０を用いてコンデンサＣ１を充電してから第一開閉器２２を接続状態とすることにより、コンデンサＣ１に突入電流が流れることを抑制することができる。なお、フィルムコンデンサは突入電流の問題が少ないという利点がある。一方、オイルコンデンサは突入電流を考慮する必要があるので、コンデンサＣ１にオイルコンデンサを用いるときには充電回路４０を設けることがより好ましい。以上説明したとおり、図６に示す充電中には、交流遮断器２０はオンつまり接続状態であり、第一開閉器２２はオフつまり遮断状態であり、第二開閉器２４はオンつまり接続状態である。

実施の形態３の変形例を説明する。なお、実施の形態３では充電制御回路４２が第一開閉器２２と接続しているが、変形例として、充電制御回路４２は第一開閉器２２と接続していなくても良い。この場合、充電制御回路４２は発電機制御部１２と信号をやりとりすることで、交流発電機１０が待機モードから交流電力供給を復帰するときにコンデンサＣ１を充電し、コンデンサＣ１の充電が十分となったら第二開閉器２４を遮断状態にすると共に発電機制御部１２へと充電完了信号を送る。発電機制御部１２は、充電完了信号に応答して、第一開閉器２２を接続状態へと切り替えるとともに交流発電機１０による電力供給を開始する。

なお、他の変形例として、交流発電機１０が待機モードから交流電力供給を復帰するときに、コンデンサＣ１の電圧Ｖ_ＡＣＣと系統電圧Ｖ_ｇｒｉｄとの差が十分に小さいときには、コンデンサＣ１の充電を省略することもできる。すなわち、変形例にかかる充電制御回路４２は、電圧Ｖ_ＡＣＣと系統電圧Ｖ_ｇｒｉｄとの差が予め定めた第二所定値以下であると判定した場合にはコンデンサＣ１の充電をせずに第一開閉器２２を接続状態にする。変形例にかかる充電制御回路４２は、電圧Ｖ_ＡＣＣと系統電圧Ｖ_ｇｒｉｄとの差が第二所定値より大きいと判定した場合には、第二開閉器２４を接続状態としてコンデンサＣ１の充電を行う。第二所定値は、第一所定値と同じ値に設定しても良く、第一所定値より大きい値あるいは小さい値に設定しても良い。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４にかかるパワーコンディショナ３２および電力システム２ａを示す回路図である。実施の形態４にかかる電力システム２ａは、実施の形態３で説明した充電回路４０を、実施の形態２にかかる太陽光発電システム１ａに追加したものである。充電回路４０の動作は上記実施の形態３と同様であり、充電回路４０以外の構成については実施の形態２と同様であるため、詳細な説明は省略する。

実施の形態１〜４にかかる電力システムは、無効電力抑制方法として提供されても良い。実施の形態１〜４にかかる無効電力抑制方法は、インダクタＬ１の他端と交流遮断器２０とを結ぶ配線１４と、コンデンサＣ１の一端と、の間の電気接続を、第一開閉器２２を用いて接続状態と遮断状態との間で切り替えるものである。実施の形態１〜４にかかる無効電力抑制方法は、第一開閉器２２を遮断状態とした場合に、充電回路４０を用いてコンデンサＣ１を充電してから第一開閉器２２を遮断状態から接続状態に切り替えてもよい。既設の電力システムに対して、第一開閉器２２を追加してもよく、さらに充電回路４０を追加しても良い。このような事後追加によっても、実施の形態１〜４にかかる無効電力抑制方法が実施されることになる。

１、２電力システム、１ａ、２ａ太陽光発電システム（電力システム）、１０交流発電機（交流電源）、１２発電機制御部、１３交流フィルタ回路、１４、１５配線、１６接続点、２０交流遮断器、２２第一開閉器、２４第二開閉器、２８トランス、３０太陽電池アレイ、３２パワーコンディショナ、３４インバータ回路、３５制御回路、３６故障検知回路、３８上位監視装置、４０充電回路、４２充電制御回路、４４電流制限部、１００電力系統、Ｉａ充電電流、Ｖ_ｇｒｉｄ系統電圧

Claims

交流電源と、
一端が前記交流電源の出力端に直列接続されたインダクタと、一端に前記インダクタの他端の電圧を受けるコンデンサと、を含む交流フィルタ回路と、
前記インダクタの前記他端と電力系統との間に設けられた交流遮断器と、
前記インダクタの前記他端と前記交流遮断器とを結ぶ配線と、前記コンデンサの前記一端と、の間に設けられた第一開閉器と、
前記交流電源が予め定められた待機モードで運転されるときには前記交流遮断器が接続状態のままとされた状態で前記第一開閉器を接続状態から遮断状態に切り替える制御部と、
前記コンデンサの前記一端と前記第一開閉器との接続点と、前記交流遮断器と前記電力系統とを結ぶ配線と、の間に設けられた第二開閉器と、
前記待機モード中には前記第二開閉器を遮断状態とし、前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一開閉器が遮断状態となっている状態で前記第二開閉器を接続状態とし、前記電力系統の第一電圧値および前記コンデンサの第二電圧値との差が予め定めた第一所定値以下になったら前記第二開閉器を遮断状態とし且つ前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築された充電制御回路と、
を備え、
前記充電制御回路は、前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一電圧値と前記第二電圧値との差が予め前記第一所定値より小さく定めた第二所定値以下であると判断したときには、前記第二開閉器を接続状態とすることなく前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築された電力システム。
前記交流電源が発電機であり、
前記制御部は、前記発電機を制御する発電機制御部を含む請求項１に記載の電力システム。
直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
一端が前記インバータ回路の出力端に直列接続されたインダクタと、一端に前記インダクタの他端の電圧を受けるコンデンサと、を含む交流フィルタ回路と、
前記インダクタの前記他端と電力系統との間に設けられた交流遮断器と前記インダクタの前記他端とを結ぶ配線に対して前記コンデンサの前記一端を接続し、前記配線と前記コンデンサの前記一端との間に設けられた第一開閉器と、
前記直流電源および前記インバータ回路を含む電力システムが予め定められた待機モードへ移行すると判定されたときに前記第一開閉器を遮断状態とする制御回路と、
前記コンデンサの前記一端と前記第一開閉器との接続点と、前記交流遮断器と前記電力系統とを結ぶ配線と、の間に設けられた第二開閉器と、
前記待機モード中には前記第二開閉器を遮断状態とし、前記電力システムが前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一開閉器が遮断状態となっている状態で前記第二開閉器を接続状態とし、前記電力系統の第一電圧値および前記コンデンサの第二電圧値との差が予め定めた第一所定値以下になったら前記第二開閉器を遮断状態とし且つ前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築された充電制御回路と、
を備え、
前記充電制御回路は、前記電力システムが前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一電圧値と前記第二電圧値との差が予め前記第一所定値より小さく定めた第二所定値以下であると判断したときには、前記第二開閉器を接続状態とすることなく前記第一開閉器を接続状態に切り替えるように構築された電力変換装置。
前記直流電源は、太陽電池アレイを含み、
前記第一開閉器が配線用交流遮断器であり、
前記待機モードへ移行する条件は、
前記太陽電池アレイが出力する直流電圧が予め定めた下限閾値よりも低いときに待機モード条件が成立したと判定する第一条件と、
前記太陽電池アレイが出力する直流電圧が予め定めた上限閾値よりも高いときに待機モード条件が成立したと判定する第二条件と、
のうち少なくとも１つを含む請求項３に記載の電力変換装置。
交流電源と、一端が前記交流電源の出力端に直列接続されたインダクタと、一端に前記インダクタの他端の電圧を受けるコンデンサと、を含む交流フィルタ回路と、前記インダクタの前記他端と電力系統との間に設けられた交流遮断器と、を備える電力システムを準備し、
前記インダクタの前記他端と前記交流遮断器とを結ぶ配線と、前記コンデンサの前記一端と、の間の状態を、第一開閉器を用いて接続状態と遮断状態との間で切り替える電力システムの無効電力抑制方法において、
前記交流電源が予め定められた待機モードで運転されるときには前記交流遮断器が接続状態のままとされた状態で前記第一開閉器を接続状態から遮断状態に切り替えるステップと、
前記コンデンサの前記一端と前記第一開閉器との接続点と、前記交流遮断器と前記電力系統とを結ぶ配線と、の間に設けられた第二開閉器を、前記待機モード中に遮断状態とするステップと、
前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一開閉器が遮断状態となっている状態で前記第二開閉器を接続状態とすることで前記コンデンサを充電する充電ステップと、
前記充電ステップの後に、前記電力系統の第一電圧値および前記コンデンサの第二電圧値との差が予め定めた第一所定値以下になったら前記第二開閉器を遮断状態とし且つ前記第一開閉器を接続状態に切り替えるステップと、
を備え、
前記交流電源が前記待機モードから運転に復帰するときに前記第一電圧値と前記第二電圧値との差が予め前記第一所定値より小さく定めた第二所定値以下であると判断したときには、前記第二開閉器を接続状態とすることなく前記第一開閉器を接続状態に切り替える電力システムの無効電力抑制方法。