JP7216625B2 - 電力変換器、並びに電力変換器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電システム用の電力変換器およびその制御方法に関する。

近年、電力固定金額買取り制度（以降、ＦＩＴと記す）や税制上の優遇措置により、太陽光発電システムが世界中に普及している。大量普及と、市場競争原理により太陽光発電システムのｋＷあたりのコストが低下し、日射条件の良い地域においては火力発電などの従来の発電システムによる発電コストに比べて太陽光発電システムによる発電コストが安くなる、いわゆるグリッドパリティが成立し始めている。

一方で、太陽光発電が普及したことにより、地域によっては、ＦＩＴでの電力買取り金額が低下したり、廃止されたりしている。これを受け、売電目的ではなく、太陽光で発電する電力を自設備内で消費する自家消費型太陽光発電の導入ケースが増えてきている。

電力系統運営者は、需要家内に発電設備が導入される場合、系統の安定運用のために、系統への逆潮流を防止する逆潮流防止リレーの設置を需要家に要求する場合がある。本リレーは、需要家の受電点電力を検出し、受電点電力に基づいて逆潮流の発生を検出した場合には、受電点の遮断器を開放する。そのため、逆潮流が発生すると需要家側は停電となる。このため、自家消費型太陽光発電システムでは逆潮流の発生を防止する手段が求められる。

逆潮流の防止に関する従来技術として、特許文献１および特許文献２に記載の技術が知られている。

特許文献１（段落０１４２～０１５０）に記載される技術では、集中管理装置が、連系点電力と逆潮流回避目標値とに基づいて、逆潮流を抑制するための抑制指標および充放電指標を算出し、算出した抑制指標および充放電指標を複数のパワーコンディショナに送信する。複数のパワーコンディショナは、受信したこれらの指標に応じて分散的に制御される。

特許文献２（要約書など）に記載される技術では、系統からの受電電力を測定する電力測定ユニットが、受電電力に関するデータと逆潮流の有無に関する信号をパワーコンディショナに送信する。パワーコンディショナは、受信したこれらデータおよび信号に基づいて、出力電力が制御される。

特開２０１８－１８２８４７号公報 特開２０１３－１７９７４８号公報

上記の従来技術では、電力変換器と制御手段との間の通信異常が発生すると、設備内負荷の低下や日射増加により逆潮流が発生するおそれがある。

そこで、本発明は、通信異常時に逆潮流の発生を防止できる電力変換器およびその制御方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明による電力変換器は、太陽光発電による直流電力を交流電力に変換するものであって、電力変換器の交流側は、電力系統から電力を受電しかつ負荷が接続される母線に接続され、通信によって取得される情報に基づいて電力変換器の出力電力の上限を設定して電力変換器の出力電力を制御する制御装置を備え、制御装置は、通信の異常が発生すると、出力電力の上限を、負荷に応じて設定される零より大きな所定値に切り替え、出力電力を抑制する。

また、上記課題を解決するために、本発明による電力変換器の制御方法は、太陽光発電による直流電力を交流電力に変換する電力変換器の制御方法であり、電力変換器の交流側は、電力系統から電力を受電しかつ負荷が接続される母線に接続され、通信によって取得される情報に基づいて電力変換器の出力電力の上限を設定して電力変換器の出力電力を制御し、通信の異常が発生すると、出力電力の上限を、負荷に応じて設定される零より大きな所定値に切り替え、出力電力を抑制する。

本発明によれば、通信異常時に、電力変換器の停止を回避しつつ、逆潮流を防止することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１である太陽光発電システムの全体構成図である。 変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。 通信状態判定器が実行する通信状態判定処理を示すフローチャートである。 実施例１の太陽光発電システムの動作状態例を示すグラフである。 実施例２である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。 実施例２の変形例である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。 実施例３である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。 実施例４である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。 実施例５である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。 ＩＧＢＴアセンブリの回路構成図である。 実施例１における電力変換器１が備える液晶表示器の表示画面の一例を示す。

以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１～５により、図面を用いながら説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

図１は、本発明の実施例１である太陽光発電システムの全体構成図である。なお、本実施例１の太陽光発電システムは自家消費用である（他の実施例も同様）。

本太陽光発電システムから電力が供給される配電系統においては、太陽電池パネル９０が発電する直流電力を交流電力に変換する電力変換器１の交流側および負荷７０が母線８０に接続される。なお、電力変換器１の交流側は、変圧器６０を介して母線８０に接続される。このような配電系統が、遮断器２０を介して図示しない電力系統（例えば、商用交流電源系統）に接続される。したがって、電力変換器１を含む太陽光発電システムは、遮断器２０を介して電力系統に連系している。

連系点における電力潮流は、電圧検出器１０および電流検出器１１を用いて検出される。電圧検出器１０および電流検出器１１による各検出値は、逆潮流防止リレー５０００および監視制御装置３０に出力される。逆潮流防止リレー５０００は、所定値を超過する逆潮流が所定時間以上継続している場合に、遮断器２０を開放することで、太陽光発電システムからの逆潮流を防止する。

本実施例では、逆潮流防止リレー５０００は逆潮流検出条件成立時に遮断器２０を開放するとしているが、電力変換器１へ停止指令を送信する構成としてもよい。

監視制御装置３０は、電圧検出器１０および電流検出器１１による各検出値に基づいて、電力変換器１へ通信線４０を介して発電電力上限値（Ｐｌｉｍ）および無効電力指令値（Ｑｒｅｆ）を送信する。電力変換器１は、通信線４０を介して、電力変換器１が変圧器６０へ出力する有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃの各値を監視制御装置３０に送信する。

電力変換器１の主回路の直流側には太陽電池パネル９０が接続されている。電力変換器１は、発電電力上限値（Ｐｌｉｍ）を超えない範囲で、太陽電池パネル９０からの発電量を最大化するように、直流入力電圧を制御する。すなわち、電力変換器１においては、いわゆるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御が実行される。

電力変換器１は、ＩＧＢＴアセンブリ５０、フィルタリアクトル５５、電圧検出器１２，１５、電流検出器１３，１４および変換器制御装置１００を備える。

ＩＧＢＴアセンブリ５０は電力変換器１の主回路を構成する。本実施例では、ＩＧＢＴアセンブリ５０は、図１０（ＩＧＢＴアセンブリ５０の回路構成図）に示すように、３相２レベルの電圧形の電力変換器用アセンブリであり、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）に環流ダイオードが逆並列に接続されるアームを備える、ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ＿ＵＰ，ＩＧＢＴ＿ＵＮ，ＩＧＢＴ＿ＶＰ，ＩＧＢＴ＿ＶＮ，ＩＧＢＴ＿ＷＰおよびＩＧＢＴ＿ＷＮ、並びに直流コンデンサＣｄｃを備える。ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ＿ＵＰ，ＩＧＢＴ＿ＵＮ，ＩＧＢＴ＿ＶＰ，ＩＧＢＴ＿ＶＮ，ＩＧＢＴ＿ＷＰおよびＩＧＢＴ＿ＷＮは三相フルブリッジ回路を構成し、三相フルブリッジ回路の直流側に、直流コンデンサＣｄｃが接続される。

本図１０においては、各ＩＧＢＴモジュールについて、一つのアームが図示されているが、各ＩＧＢＴモジュールは、電力変換器１の電力容量に応じて、一つないし、互いに並列接続される複数のアームを備える。また、各ＩＧＢＴモジュールは、単位のＩＧＢＴモジュールが複数並列接続されるＩＧＢＴモジュール群から構成されてもよい。

なお、ＩＧＢＴアセンブリ５０は、２レベルの電力変換器用アセンブリに限らず、３レベルなどの電力変換器用アセンブリでもよい。

フィルタリアクトル５５は、図１に示すように、ＩＧＢＴアセンブリ５０の交流側と変圧器６０との間に接続される。フィルタリアクトル５５は高調波フィルタとして機能する。なお、フィルタリアクトル５５に代えて、ＬＣフィルタやＬＣＬフィルタなどの高調波フィルタが適用されてもよい。

電圧検出器１２および電流検出器１３は、フィルタリアクトル５５を介して、それぞれＩＧＢＴアセンブリ５０の交流側の電流および電圧を検出する。また、電圧検出器１５および電流検出器１４は、それぞれＩＧＢＴアセンブリ５０の直流側の電流および電圧を検出する。

変換器制御装置１００は、電圧検出器１２，１５および電流検出器１３，１４の検出値、並びに通信線４０を介して受信する情報（発電電力上限値（Ｐｌｉｍ）および無効電力指令値（Ｑｒｅｆ））に応じて、ＩＧＢＴアセンブリ５０のゲート信号ＧａｔｅＳｉｇを算出して出力する。これにより、変換器制御装置１００は、後述するように、発電電力制限および無効電力制御を実行する。

図２は、変換器制御装置１００の構成を示す制御ブロック図である。

変換器制御装置１００は、通信インターフェース１００８、アナログセンサ（電流検出器１３，１４、電圧検出器１２，１５）用インターフェース１００９、およびＩＧＢＴアセンブリ５０にゲート信号を出力するＰＷＭインターフェース１０１１を備える。

通信インターフェース１００８は、通信線４０を介して監視制御装置３０に接続され、監視制御装置３０から出力電力上限値Ｐｌｉｍおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆを受信するとともに、電力変換器１の出力する有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃの各値を監視制御装置３０へ送信する。

出力電力上限値Ｐｌｉｍは、後述の切替スイッチ１００７に入力され、切替スイッチ１００７の出力が発電上限値Ｐｌｉｍ２としてリミッタ付ＭＰＰＴ１００２に入力される。

リミッタ付ＭＰＰＴ１００２は、電力変換器１が変圧器６０に出力する有効電力が発電上限値Ｐｌｉｍ２を超えないようにするために、入力直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆを作成して出力する。

電力変換器１の有効電力および無効電力の制御手段について、以下説明する。

電力変換器１が連系する配電系統の系統電圧は、電圧検出器１２で検出され、電力変換器１が配電系統に出力する電流は、電流検出器１３で検出される。電圧検出器１２の検出値である変換器連系点電圧Ｖｓと、電流検出器１３の検出値である交流出力電流検出値Ｉｓとは、電力算出器１００１に入力される。電力算出器１００１は、変換器連系点電圧Ｖｓおよび交流出力電流検出値Ｉｓに基づいて、電力変換器１が出力する有効電力Ｐａｃと無効電力Ｑａｃを算出する。有効電力Ｐａｃはリミッタ付ＭＰＰＴ１００２および通信インターフェース１００８に入力され、無効電力Ｑａｃは無効電力制御器１００４および通信インターフェース１００８に入力される。

リミッタ付ＭＰＰＴ１００２には、発電上限値Ｐｌｉｍ２および有効電力Ｐａｃに加え、電圧検出器１５で検出される直流入力電圧Ｖｄｃ、電流検出器１４で検出される直流入力電流Ｉｄｃが入力される。

リミッタ付ＭＰＰＴ１００２は、有効電力Ｐａｃが発電上限値Ｐｌｉｍ２を超えない範囲で、直流入力電圧Ｖｄｃと直流入力電流Ｉｄｃの積である入力直流電力を最大化する直流入力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆを探索する。有効電力Ｐａｃが発電上限値Ｐｌｉｍ２を超える場合、リミッタ付ＭＰＰＴ１００２は、直流入力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆを高め補正する。

直流電圧制御器１００３は、直流入力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆと直流入力電圧Ｖｄｃに基づいて、Ｖｄｃ＿ｒｅｆとＶｄｃの差を低減するような有効電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出する。

無効電力Ｑａｃおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆは、無効電力制御器１００４に入力される。無効電力制御器１００４は、無効電力指令値Ｑｒｅｆと無効電力Ｑａｃに基づいて、ＱｒｅｆとＱａｃの差を低減するような無効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。

有効電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ、無効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ、並びに交流出力電流検出値Ｉｓは、電流制御器１００５に入力される。電流制御器１００５は、交流出力電流検出値Ｉｓが電流指令値（Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆ）に追従するように、ＩＧＢＴアセンブリ５０の交流出力電圧指令値Ｖ＿ｒｅｆを算出し、ＰＷＭインターフェース１０１１に出力する。ここでは、いわゆるベクトル制御が用いられ、回転座標系におけるＩｓのｄ軸電流成分（Ｉｓｄ）およびｑ軸電流成分（Ｉｓｑ）が、それぞれ、Ｉｄ＿ｒｅｆおよびＩｑ＿ｒｅｆに一致するようなＶ＿ｒｅｆが算出される。

ＰＷＭインターフェース１０１１は、ＩＧＢＴアセンブリ５０の交流出力電圧の瞬時平均値がＶ＿ｒｅｆと一致するように、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、ＩＧＢＴアセンブリにおける各ＩＧＢＴへのゲート信号ＧａｔｅＳｉｇを作成して出力する。すなわち、ＰＷＭインターフェース１０１１は、Ｖ＿ｒｅｆを変調波とし、所定周波数（ｆｃ）の搬送波（例えば三角波）とＶ＿ｒｅｆとを比較をすることで、ゲート信号ＧａｔｅＳｉｇを作成する。

上記のような変換器制御装置１００により、電力変換器１は、発電電力を発電上限値以下に抑制された有効電力を出力するとともに、監視制御装置３０から送信される無効電力指令値Ｑｒｅｆに追従する無効電力を出力する。

次に、本実施例における通信状態判定機能および有効電力上限値切替機能について説明する。

通信インターフェース１００８が受信する情報（Ｐｌｉｍ，Ｑｒｅｆ）は通信処理演算器１０１０および通信状態判定器１００６に入力される。

通信状態判定器１００６は、後述する通信状態判定処理を所定の時間周期で実行する。通信状態判定器１００６は、監視制御装置３０から送信される送信情報開始の間隔（通信間隔）を計測し、所定時間より通信間隔が長くなったら通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓを１から０に変更し、通信間隔が所定時間より短くなったらＣ＿Ｓｔａｔｕｓを１に戻す。

図３は、通信状態判定器１００６が実行する通信状態判定処理を示すフローチャートである。

通信状態判定器１００６は、処理を開始すると（ステップＳ１）、通信間隔を計測するためのカウンタＴｃｏｕｎｔおよび通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓを、それぞれ０（零）および１に初期化する（ステップＳ２）。

次に、通信状態判定器１００６は、カウンタＴｃｏｕｎｔを１インクリメントする（ステップＳ３）。

次に、通信状態判定器１００６は、通信開始の割込みが発生したかを判定する（ステップＳ４）。通信状態判定器１００６は、割込みが発生した場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、次にステップＳ５を実行し、割込みが発生しなかった場合（ステップＳ４のＮｏ）、次にステップＳ６を実行する。

ステップＳ５では、通信状態判定器１００６は、カウンタＴｃｏｕｎｔを０に設定し、通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓを１に設定する。通信状態判定器１００６は、ステップＳ５を実行後、次に、ステップＳ６を実行する。

ステップＳ６では、通信状態判定器１００６は、カウンタＴｃｏｕｎｔが所定の値であるＭａｘ＿ｃｏｕｎｔより大きいかを判定する。通信状態判定器１００６は、ＴｃｏｕｎｔがＭａｘ＿ｃｏｕｎｔよりも大きい場合（ステップＳ６のＹｅｓ）、次にステップＳ７を実行し、ＴｃｏｕｎｔがＭａｘ＿ｃｏｕｎｔ以下である場合（ステップＳ７のＮｏ）、再度ステップＳ３を実行する。なお、Ｍａｘ＿ｃｏｕｎｔは、通信異常の誤検出を避けるため、監視制御装置３０と電力変換器１の間の通信周期の２倍に相当する値より大きく、かつ逆潮流防止リレー５０００の作動時間より短く設定する。

ステップＳ７では、通信状態判定器１００６は、通信スタートの間隔が長いことから通信異常発生と判断し、通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓを０に設定する。通信状態判定器１００６は、ステップＳ７を実行後、再度ステップＳ３を実行する。

上述のように、本実施例では通信開始の割込み発生間隔によって通信不良を判断しているが、これに限らず、通信のパリティービットが不成立となる連続回数によって通信不良を判断してもよい。この場合、パリティービットが不成立となる連続回数が所定の値より多い場合にＣ＿Ｓｔａｔｕｓを０とする。

図２に示すように、通信状態判定器１００６は、上述の処理によって設定する通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓを切替スイッチ１００７に出力する。

切替スイッチ１００７は、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが１である場合、すなわち通信状態判定器１００６が、通信状態が正常であると判定している場合、通信処理演算器１０１０が通信インターフェース１００８の受信情報から抽出して出力する太陽光発電出力上限値Ｐｌｉｍを、補正太陽光発電出力上限値Ｐｌｉｍ２としてリミッタ付きＭＰＰＴ１００２に出力する。また、切替スイッチ１００７は、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが０である場合、すなわち通信状態判定器１００６が、通信が異常であると判定している場合、所定の出力電力上限値Ｐ０を補正太陽光発電上限値Ｐｌｉｍ２としてリミッタ付きＭＰＰＴ１００２に出力する。

ここで、Ｐ０は、負荷７０（図１）の最小消費電力以下の電力値に設定される。これにより、通信異常時には、太陽光発電システムによる発電量の上限が負荷７０の消費電力を下回るので、逆潮流の発生を防止することができる。また、Ｐ０を０（零）よりも大きな電力値とすることで、通信異常時でも、太陽光発電システムは逆潮流を防止しつつ負荷に電力を供給することが可能となる。また、監視制御装置３０と電力変換器１との間の通信の信頼性を、通信網を冗長化や多重化などにより過度に高める必要性が無くなるので、通信コストの増大を回避することができる。

図４は、本実施例１の太陽光発電システムの動作状態例を示すグラフである。なお、グラフの縦軸および横軸は、それぞれ電力および時間を示す。

なお、図４中には、負荷７０の消費電力ＰＬ、太陽電池パネル９０の出力電力Ｐｐｖ、補正出力上限値Ｐｌｉｍ２、電力変換器１が出力する有効電力Ｐａｃを示す。

時刻ｔ１より太陽が昇り、Ｐｐｖが増える。

電力変換器１は、ＰａｃがＰＬを超過しないように、すなわち逆潮流を起こさないように、ＰａｃをＰｌｉｍ２以下に抑制する。

時刻ｔ２に通信の異常が通信状態判定器１００６により判定され、その後、時刻ｔ３まで通信の異常が続いている。時刻ｔ２と時刻ｔ３の間、補正出力上限値Ｐｌｉｍ２はＰ０（≦負荷の最小消費電力）に切替えられるが、Ｐ０＞０であり電力変換器１は有効電力Ｐａｃ（＝Ｐ０）を継続して出力する。

時刻ｔ３には、通信状態判定器１００６が通信は正常と判定し、電力変換器１は出力（Ｐａｃ）を上昇させる。

図４に示すように、電力変換器１が出力する有効電力Ｐａｃは、通信異常時には、負荷の最低消費電力を下回っている。このため、通信異常が起きても、逆潮流の発生が防止される。

なお、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、電力変換器１と監視制御装置３０との間の通信異常のため、電力変換器１を含む太陽光発電システムの状態を監視制御装置３０によって把握することが難しい。そこで、本実施例１では、電力変換器１側で、太陽光発電システムの状態を表示する。

図１１は、本実施例１における電力変換器１が備える液晶表示器の表示画面の一例を示す。

液晶表示器２０００は、電力変換器１周辺の開閉器の状況や発電状況（“Generated Power”, “Reactive Power”）のほか、監視制御装置３０との通信状態（“Communication status”）や通信不良継続時間（“Duration”）を表示する。

図１１の表示画面の一例では、上述の通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓが０（零）であることに応じて、通信状態（“Communication status”）の表示を “ERROR”として、通信異常が発生していることが示されている。また、上述のＴｃｏｕｎｔの値に応じて、通信不良継続時間（“Duration”）が “1000 sec”と表示されている。このように、本実施例１では、変換器制御装置１００が、通信異常を判定し、さらに通信異常の継続時間をカウントアップするので、電力変換器１側で通信状態を表示することができる。

このような表示装置により、システム運用者は、意図しない発電電力の低下原因を把握できるとともに、通信不良継続時間から監視制御装置３０のリセットや通信線４０の健全性を確認することができる。

図５は、本発明の実施例２である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。

本実施例２の太陽光発電システムの全体構成は実施例１（図１）と同様である。以下、主に、変換器制御装置について、実施例１と異なる点について説明する。

本実施例２においては、実施例１と異なり、通信状態判定器１００６が通信異常と判定するときの太陽光発電上限値Ｐ０を、時間帯や曜日によって変化させる。

太陽光発電システムがビルや工場に設置される場合は、ビル内や工場内にいる人の数や、工場における生産計画などにより消費電力の最小値が変化する。これに対し、本実施例２では、時間帯や曜日によりＰ０を変更する手段を備えることにより、通信異常時の発電電力上限値Ｐ０を、通信異常が判定された時点で想定される最小消費電力より小さい値とする。これにより、最小消費電力の変動に応じて、通信異常時における太陽光発電システムの発電量の上限値を変更できる。このため、通信異常時に、逆潮流の発生を防止しながら、通信異常が発生した時点での最小消費電力の大きさに見合った発電量を確保することができる。

本実施例２の具体的な構成について、以下に説明する。なお、実施例１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を省略する（図６～９についても同様）。

図５に示すように、変換器制御装置１００Ａは、日時情報を出力する時計１０２０と、曜日・時間に応じて変動する最小消費電力に応じた出力電力上限値Ｐ０の情報を蓄える出力電力上限値データベース１０２１とを備える。出力電力上限値データベース１０２１は、負荷７０（図１）の一時間ごとの想定最小消費電力より小さい値をＰ０として蓄積しており、時計１０２０の出力（時刻）に応じて、当該出力が示す時刻に対応するＰ０を切替スイッチ１００７に出力する。

さらに、変換器制御装置１００Ａは、出力電力上限値データベース１０２１を外部から変更するためのメンテナンス機器とのインターフェース１０２３を備える。これにより、負荷７０の最小消費電力の様々な変動パターンや、負荷機器の変更に伴う最小消費電力の変動パターンの変更に応じて、出力電力上限値データベース１０２１に、適確に、Ｐ０の情報を設定もしくは変更することができる。

図６は、実施例２の変形例である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。

本変形例では、上述の時計（図５中の「１０２０」）および出力電力上限値データベース（図５中の「１０２１」）は、監視制御装置３０（図１）が備えている。したがって、変換器制御装置１００Ｂは、Ｐ０の情報を監視制御装置３０から通信線４０を介して受信する。この場合、通信処理演算器１０２２は、通信異常時に、通信異常発生直前の通信正常時点で受信して保持するＰ０の情報を切替スイッチ１００７に出力する。

本実施例２によれば、実施例１と同様に、通信異常時でも、逆潮流を防止しつつ負荷に太陽光発電システムから電力を供給することが可能となる。また、実施例１と同様に、通信コストの増大を回避することができる。さらに、本実施例２によれば、負荷の最小消費電力が曜日や時間で変動しても、最小消費電力通信異常時に、逆潮流の発生を防止しながら、通信異常が発生した時点での最小消費電力の大きさに見合った発電量を確保することができる。

図７は、本発明の実施例３である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。

本実施例３の太陽光発電システムの全体構成は実施例１（図１）と同様である。以下、主に、変換器制御装置について、実施例１と異なる点について説明する。

本実施例３においては、実施例１と異なり、通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓが１の場合、監視制御装置３０（図１）から受信した無効電力指令値Ｑｒｅｆを補正無効電力指令値Ｑｒｅｆ２として無効電力制御器１００４に入力し、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが１から０に変化した場合は、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが１であった最後の時点での無効電力指令値Ｑｒｅｆを保持し、保持された無効電力指令値Ｑｒｅｆを補正無効電力指令値Ｑｒｅｆ２として無効電力制御器１００４に入力する。これにより、通信異常時に電力変換器１が出力する無効電力の変動を防ぎ、母線８０（図１）の電圧変動を軽減することができる。

本実施例３の具体的な構成について、以下に説明する。なお、実施例１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を省略する
図７に示すように、変換器制御装置１００Ｃは、通信処理演算器１０１０が、監視制御装置３０から受信した情報から抽出して出力する、無効電力指令値Ｑｒｅｆと、通信状態判定器１００６の出力する通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓと、を入力する、サンプルホールド１０４０を備える。サンプルホールド１０４０は、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが１のときは補正無効電力指令値Ｑｒｅｆ２として、入力したＱｒｅｆをそのまま出力する。また、サンプルホールド１０４０は、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが１のときに入力したＱｒｅｆを保持する記録手段（例えば、メモリ）を有する。

Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが１から０に変わったとき、サンプルホールド１０４０は、記録手段から保持されているＱｒｅｆを読み出し、読み出したＱｒｅｆを補正無効電力指令値Ｑｒｅｆ２として出力するとともに、記録手段の上書きを禁止する。

本実施例３によれば、実施例１と同様に、通信異常時でも、逆潮流を防止しつつ負荷に太陽光発電システムから電力を供給することが可能となる。また、実施例１と同様に、通信コストの増大を回避することができる。さらに、本実施例３によれば、通信異常時には通信正常時に取得した無効電力指令値に従い、電力変換器１の出力する無効電力を制御できるので、母線電圧の変動を軽減することができる。

図８は、本発明の実施例４である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。

本実施例４の太陽光発電システムの全体構成は実施例１（図１）と同様である。以下、主に、変換器制御装置について、実施例１と異なる点について説明する。

本実施例４においては、実施例１と異なり、通信異常時には無効電力指令値を、所定の値Ｑ０に、所定の変化率で切替える。

監視制御装置３０と電力変換器１との間の通信異常時には、逆潮流を回避するため電力変換器１の出力電力を制限すると、電力系統からの受電電力が増加し、負荷設備の受電電圧が低下する可能性がある。これに対し、通信異常時に設定する無効電力指令値Ｑ０を、電力変換器１の運転状態がコンデンサ運転となる極性とすることで、受電点電圧の低下を緩和することできる。また、無効電力指令値の変化速度を制限することにより、母線電圧の急変を回避することができる。

本実施例４の具体的な構成について、以下に説明する。なお、実施例１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を省略する
図８に示すように、変換器制御装置１００Ｄは、通信処理演算器１０１０が出力する無効電力指令値Ｑｒｅｆと、固定値である無効電力指令値Ｑ０とを、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓに応じて切替える切替スイッチ１０３０を備えるとともに、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが０に変わったときには切替スイッチ１０３０の出力の変化率を制限し、変化率を制限した値を補正無効電力指令値Ｑｒｅｆ２として無効電力制御器１００４に出力する変化率リミッタ１０３１を備える。Ｑ０は、電力変換器１がコンデンサ運転をする極性の値を有する。

本実施例４によれば、実施例１と同様に、通信異常時でも、逆潮流を防止しつつ負荷に太陽光発電システムから電力を供給することが可能となる。また、実施例１と同様に、通信コストの増大を回避することができる。さらに、本実施例４によれば、通信異常時には電力変換器１からコンデンサ運転の極性を持つ無効電力を出力することができるので、母線電圧の低下を抑制できる。さらに、通信異常時に電力変換器１から出力する無効電力の変化率を抑制できるため、母線電圧の急変を回避することができる。

図９は、本発明の実施例５である太陽光発電システムにおける変換器制御装置の構成を示す制御ブロック図である。

本実施例５の太陽光発電システムの全体構成は実施例１（図１）と同様である。以下、主に、変換器制御装置について、実施例１と異なる点について説明する。

本実施例５においては、実施例１と異なり、通信異常の継続時間が所定の時間より長く継続した場合、電力変換器１の出力する電流をランプ状に低減させた後に電力変換器１の動作が停止される。さらに、出力電流をランプ状に低減するときには、有効電流より無効電流の変化率を緩やかにする。

これにより、監視制御装置３０と電力変換器１の間の通信異常が長時間継続した場合に、太陽光発電システムによる発電を停止することで、逆潮流を確実に防止することができる。また、出力電流をランプ状に絞ることにより、母線電圧の急変を回避することができる。さらに、無効電流を有効電流より緩やかに低減することにより、電力系統側での電圧制御が電圧変動に追従できるようになり、母線電圧の変動を抑制することができる。

本実施例５の具体的な構成について、以下に説明する。なお、実施例１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を省略する（ただし、図９中の「１０４０」については、図７参照）。

図９に示すように、変換器制御装置１００Ｅは、Ｃ－Ｓｔａｔｕｓが０（零）を継続する期間を計測する通信異常時間判定器１０５０と、通信異常時間判定器１０５０の出力に基づいて有効電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよび無効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆをそれぞれランプ状低減する電流指令値リミッタ１０５３および電流指令値リミッタ１０５４と、通信異常時間判定器１０５０の出力を遅延させる遅延器１０５１と、遅延器１０５１の出力に応じＩＧＢＴアセンブリ５０に出力するゲート信号を全てＯＦＦにするＰＷＭインターフェース１０５２を備える。

以下、本実施例５の動作を説明する。

通信異常時間判定器１０５０は、通信状態判定器１００６が出力する通信状態フラグＣ＿Ｓｔａｔｕｓが０を維持する時間（すなわち通信異常継続時間）を計測する。さらに、通信異常時間判定器１０５０は、Ｃ＿Ｓｔａｔｕｓが０を維持する時間が所定の時間を越えたか否かを判定し、所定の時間を越えた場合、自出力を１から０に変更する。

ここで、通信異常時間判定器１０５０において通信異常継続時間と比較される所定の時間は、例えば、次のように設定される。

通信経路にノイズが混入した場合、もしくは通信より優先度の高い割込みが監視制御装置３０側もしくは電力変換器１側に発生した場合には通信が断続する。このような単発の通信異常から復帰するため、一般に通信系にはリトライ機能が実装される。しかし、多数回のリトライにも関わらず通信失敗する場合、すなわち通信異常継続時間が長くなる場合、通信線の断線や監視制御装置３０のハングアップなどが想定されるため、監視制御装置３０で制御される機器は安全に停止することが望ましい。通信のリトライ許容回数は、システムが安全に運転継続可能な時間に応じて設定されるため、通信異常時間判定器１０５０が出力を０に変更する判断基準である上述の所定の時間は、逆潮流防止リレー５０００の作動時間および通信リトライ許容回数相当の時間より長く設定することが好ましい。

通信異常時間判定器１０５０の出力は、電流指令値リミッタ１０５３と電流指令値リミッタ１０５４と遅延器１０５１に入力される。

電流指令値リミッタ１０５３および電流指令値リミッタ１０５４は、それぞれ有効電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよび無効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの大きさを、通信異常時間判定器１０５０の出力が１から０に変化した時点での大きさから０（零）に向けて所定の変化率で低減させる。そして、電流指令値リミッタ１０５３の出力および電流指令値リミッタ１０５４の出力は、それぞれ新たな有効電流指令値および無効電流指令値として電流制御器１００５に入力される。

ここで、電力変換器１は、逆潮流防止のために監視制御装置３０によって制御されている一機器であるので、上述のように、通信異常継続時間が長くなる場合、安全に停止することが望ましい。しかし、電力変換器１の停止時における出力電流の急激な変化は、母線８０の電圧の急変を引き起こし、母線８０に接続される負荷７０の不要停止を招くおそれがある。そこで、本実施例５では、電流指令値リミッタ１０５３，１０５４により、出力電流を、変化率を抑制しつつ０（零）まで低減する。これにより、母線８０の電圧の急変を抑えながら、電力変換器１を停止させることができる。

なお、無効電流は有効電流に比べて大きな電圧変化を引き起こす。そこで、本実施例５では、電流指令値リミッタ１０５４は、電流指令値リミッタ１０５３に比べて緩やかな変化率で無効電流指令値を制限する。なお、母線電圧の安定化のためには、電力系統側に設置される電圧制御装置の動作時限に比べて緩やかに無効電流を制限することが好ましい。

遅延器１０５１は、通信異常時間判定器１０５０の出力信号を、電流指令値リミッタ１０５４が無効電流指令値を０（零）に制限するまでの時間だけ遅延させて、ＰＷＭインターフェース１０５２に出力する。ＰＷＭインターフェース１０５２は、遅延器１０５１の出力が１から０に変わったら、ＩＧＢＴアセンブリ５０に出力するゲート信号ＧａｔｅＳｉｇをＯＦＦにする。すなわち、電流指令値リミッタ１０５３および電流指令値リミッタ１０５４により出力電流が、変化の大きさを抑制しつつ０（零）まで低減されると、ゲート信号ＧａｔｅＳｉｇがＯＦＦされる。このとき、図１０に示す全てのＩＧＢＴモジュールへのゲート信号がＯＦＦされ、すなわち電力変換器１はゲートブロックされ、電力変換器１は停止する。

本実施例５によれば、実施例１と同様に、通信異常時でも、逆潮流を防止しつつ負荷に太陽光発電システムから電力を供給することが可能となる。また、実施例１と同様に、通信コストの増大を回避することができる。さらに、本実施例５によれば、通信異常が継続した場合に、母線電圧の変動を緩和しつつ電力変換器１の出力電流を抑制し、安定に電力変換器１の動作を停止することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

１…電力変換器、１０…電圧検出器、１１…電流検出器、１２…電圧検出器、
１３…電流検出器、１４…電流検出器、１５…電圧検出器、２０…遮断器、
３０…監視制御装置、４０…通信線、５０…ＩＧＢＴアセンブリ、
５５…フィルタリアクトル、６０…変圧器、７０…負荷、８０…母線、
９０…太陽電池パネル、
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…変換器制御装置、
１００１…電力算出器、１００２…リミッタ付ＭＰＰＴ演算器、
１００３…直流電圧制御器、１００４…無効電力制御器、１００５…電流制御器、
１００６…通信状態判定器、１００７…切替スイッチ、
１００８…通信インターフェース、１００９…アナログセンサ用インターフェース、
１０１０…通信処理演算器、１０１１…ＰＷＭインターフェース、１０２０…時計、
１０２１…出力電力上限値データベース、１０２２…通信処理演算器、
１０２３…インターフェース、１０３０…切替スイッチ、１０３１…変化率リミッタ、
１０４０…サンプルホールド、１０５０…通信異常時間判定器、１０５１…遅延器、
１０５２…ＰＷＭインターフェース、１０５３…電流指令値リミッタ、
１０５３…電流指令値リミッタ

Claims (11)

1. 太陽光発電による直流電力を交流電力に変換する電力変換器において、
   前記電力変換器の交流側は、電力系統から電力を受電しかつ負荷が接続される母線に接続され、
   前記電力変換器は、通信によって取得される情報に基づいて前記電力変換器の出力電力の上限を設定して前記電力変換器の出力電力を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記通信の異常が発生すると、前記上限を、前記負荷に応じて設定される零より大きな所定値に切り替え、前記出力電力を抑制することを特徴とする電力変換器。
2. 請求項１に記載の電力変換器において、
   前記所定値は、前記負荷の最小消費電力以下の電力値であることを特徴とする電力変換器。
3. 請求項１に記載の電力変換器において、
   前記制御装置は、前記通信の前記異常の発生を判定する通信状態判定器を有することを特徴とする電力変換器。
4. 請求項３に記載の電力変換器において、
   前記通信状態判定器は、上記母線と上記電力系統との間に設けられる逆潮流防止リレーの作動時間より短い時間で前記通信の前記異常の発生を判定することを特徴とする電力変換器。
5. 請求項１に記載の電力変換器において、
   前記所定値は、前記通信の前記異常が発生する日時に応じて変更されることを特徴とする電力変換器。
6. 請求項１に記載の電力変換器において、
   前記制御装置は、第１の無効電力指令値を前記通信によって取得される前記情報に基づいて設定し、前記第１の無効電力指令値に応じて、前記電力変換器が出力する無効電力を制御することを特徴とする電力変換器。
7. 請求項６に記載の電力変換器において、
   前記制御装置は、前記通信の前記異常が発生すると、前記通信の正常時における最後の時点で保持される前記第１の無効電力指令値に応じて、前記電力変換器が出力する前記無効電力を制御することを特徴とする電力変換器。
8. 請求項６に記載の電力変換器において、
   前記制御装置は、前記通信の前記異常が発生すると、前記無効電力の制御に用いる無効電力指令値を前記第１の無効電力指令値から所定の第２の無効電力指令値に切替えることを特徴とする電力変換器。
9. 請求項１に記載の電力変換器において、
   前記制御装置は、前記通信の前記異常の継続時間が所定の時間より長い場合、前記電力変換器の動作を停止させることを特徴とする電力変換器。
10. 請求項１に記載の電力変換器において、
    前記通信の状態に関する情報を表示する表示装置を備えることを特徴とする電力変換器。
11. 太陽光発電による直流電力を交流電力に変換する電力変換器の制御方法において、
    前記電力変換器の交流側は、電力系統から電力を受電しかつ負荷が接続される母線に接続され、
    通信によって取得される情報に基づいて前記電力変換器の出力電力の上限を設定して前記電力変換器の出力電力を制御し、
    前記通信の異常が発生すると、前記上限を、前記負荷に応じて設定される零より大きな所定値に切り替え、前記出力電力を抑制することを特徴とする電力変換器の制御方法。

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