JP7298560B2 - パワーコンディショナ - Google Patents

Description

本開示は、パワーコンディショナに関するものである。

従来、パワーコンディショナ等の電源装置は、商用電力系統と連系運転する機能と、商用電力系統から商用電力が供給されないときに自立運転する機能とを有している。また、電源装置は、自立運転において許容電流を超える過電流が流れるのを防ぐ保護機能を有している。

例えば、特許文献１には、商用交流電源からの交流負荷に供給するとともに直流に変換して蓄電池を充電し、商用電源の停電時に蓄電池からの直流を交流に変換して負荷に供給する非常用電源装置が開示されている。この非常用電源装置は、過電流を検出した場合に出力を停止し、過電流が回復した後に出力を再開するように構成されている。

特開２０１０－２７３４９３号公報

ところで、電源装置に接続される負荷には、コンデンサを備える負荷があり、コンデンサに電荷が蓄えられていない状態では、その負荷の起動時に大きな突入電流が流れる。自立運転中にこのような負荷を接続した場合、負荷に流れる突入電流が過電流として検出される場合がある。過電流を検出した場合に出力を停止する電源装置では、コンデンサを有する負荷が接続されたときに過電流を検出して出力が停止されるため、電源装置に接続された他の負荷へ電力が供給されない。その後、出力を開始した場合であっても負荷のコンデンサに電荷が溜まっていないので過電流が生じ、出力が停止される。そして、負荷のコンデンサに電荷が溜まるまでは、電源装置の出力の開始と停止とが交互に繰り返されることとなり、元から接続された負荷に対して電力の停止と供給とが交互に繰り返されて十分に使用することができない場合がある。

本開示の目的は、突入電流を抑制可能としたパワーコンディショナを提供することにある。

本開示の一態様であるパワーコンディショナは、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統と並列して前記交流電力を前記商用電力系統に向けて出力する連系運転モードと、前記商用電力系統から解列して前記交流電力を自立運転用出力端子に出力する自立運転モードとを有するパワーコンディショナであって、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統と並列して前記交流電力を前記商用電力系統に向けて出力する連系運転モードと、前記商用電力系統から解列して前記交流電力を自立運転用出力端子に出力する自立運転モードと、を有するパワーコンディショナであって、前記直流電力を前記交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、前記インバータの出力電流を検出する電流センサと、を有し、前記制御部は、前記自立運転モード中に、前記電流センサによって検出した前記出力電流の電流値が判定しきい値を超える過電流を検出した場合に、前記インバータの出力電圧をゼロに近づけるように、前記出力電圧の位相を変更する制御を行う。

この構成によれば、制御部は、自立運転中、インバータの出力電流が判定しきい値を超える過電流を検出した場合に、インバータの出力電圧をゼロに近づけるように出力電圧の位相を変更することで、起動する負荷に流れる突入電流を抑制できる。これにより、自立運転用出力端子に接続される負荷の種類によらず、負荷を駆動できるようになる。

本開示の一態様によれば、突入電流を抑制可能としたパワーコンディショナを提供することができる。

第１実施形態のパワーコンディショナのブロック回路図。 第１実施形態のパワーコンディショナの一部回路図。 パワーコンディショナに接続される負荷の一例を示すブロック図。 位相を変更した出力電圧を示す波形図。 位相を変更した出力電圧を示す波形図。 位相を変更した出力電圧を示す波形図。 位相を変更した出力電圧を示す波形図。 出力電圧に対する不感帯を示す波形図。 第２実施形態のパワーコンディショナのブロック回路図。 第２実施形態のパワーコンディショナの一部回路図。 位相を変更した出力電圧の変更例を示す波形図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態を説明する。
図１に示すように、パワーコンディショナ１１は、太陽光パネル１２と接続され、太陽光発電システム１３を構成する。太陽光発電システム１３は、例えば一般家庭に設置される。なお、太陽光発電システム１３は、商業施設や工場等に設置されてもよい。

パワーコンディショナ１１は、太陽光パネル１２にて発電した直流電力をインバータ３２で交流電力に変換して商用電力系統１５へ出力する。また、パワーコンディショナ１１は、蓄電装置３７を備える。パワーコンディショナ１１は、直流電力により蓄電装置３７を充電する。パワーコンディショナ１１は、蓄電装置３７から出力される直流電力をインバータ３２で交流電力に変換して商用電力系統１５へ出力する。

パワーコンディショナ１１は、系統連系端子２１を有している。系統連系端子２１は、図示しない分電盤等を介して一般家庭の系統電力線１４に接続される。系統電力線１４は商用電力系統１５に接続されている。商用電力系統１５は、電力会社が電力を伝送する配電系統である。系統電力線１４には、負荷１６，１７が接続される。負荷１６，１７は、分電盤を介して屋内に敷設された電力線又は屋内に設置されたコンセント（アウトレット）に接続される電気機器である。電気機器は、例えば、照明器具、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、空気調和機、電子レンジ、等の電気機器である。

パワーコンディショナ１１は、運転モードして、連系運転モードと自立運転モードとを有している。
連系運転モードは、パワーコンディショナ１１を商用電力系統１５に並列して商用電力系統１５と連系する運転モードである。パワーコンディショナ１１は、連系運転モードにおいて、交流電力Ｐａを系統連系端子２１に出力する。系統電力線１４に接続された負荷１６，１７は、商用電力系統１５から供給される商用交流電力Ｐ１５、パワーコンディショナ１１から供給される交流電力Ｐａにより動作する。

自立運転モードは、パワーコンディショナ１１を商用電力系統１５から解列してパワーコンディショナ１１から交流電圧を負荷に供給する運転モードである。パワーコンディショナ１１は、停電等によって商用電力系統１５から商用交流電力Ｐ１５が供給されないとき、連系運転モードから自立運転モードへと運転モードを切替える。パワーコンディショナ１１は、自立運転モードにおいて、交流電力Ｐｂを出力する自立運転用出力端子２２を有している。パワーコンディショナ１１は、この自立運転用出力端子２２に接続された負荷１７に交流電圧を供給する。つまり、自立運転用出力端子２２は、自立運転モードにて動作するパワーコンディショナ１１が交流電力Ｐｂを出力する自立運転用出力端子である。

本実施形態において、自立運転用出力端子２２は、負荷１７が接続される自立運転用コンセント（アウトレット）である。なお、負荷１７は、自立運転用出力端子２２に対して直接、又は延長コード、テーブルタップ、宅内配線、等を介して間接的に接続できる。使用者は、商用電力系統１５の系統電力線１４に接続された負荷１７を自立運転用出力端子２２に接続しなおし、パワーコンディショナ１１を自立運転させる。これにより、負荷１７は使用可能となる。

［パワーコンディショナの構成］
パワーコンディショナ１１は、ＰＶコンバータ（ＰＶＣ）３１、インバータ３２、フィルタ３３、系統連系リレー（単に「リレー」と表記）３４、自立運転リレー（単に「リレー」と表記）３５、ＤＣ－ＤＣコンバータ３６、蓄電装置３７、制御部３８を有している。ＰＶコンバータ３１とインバータ３２は、直流電圧バス４１を介して互いに接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ３６は、直流電圧バス４１に接続されている。蓄電装置３７は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３６に接続されている。

制御部３８は、ＰＶコンバータ３１、インバータ３２、系統連系リレー３４、自立運転リレー３５を制御する。パワーコンディショナ１１は、制御部３８の動作電圧を生成する図示しない電源回路を有している。電源回路は、直流電圧バス４１の直流電圧又は商用電力系統１５の交流電力により制御部３８の動作電圧を生成する。

ＰＶコンバータ３１は、制御部３８によって制御される昇圧回路である。ＰＶコンバータ３１は、太陽光パネル１２から入力される直流電圧を昇圧するとともに平滑化して直流電圧バス４１に出力する。ＰＶコンバータ３１は、スイッチング素子を含む。制御部３８は、ＰＶコンバータ３１のスイッチング素子をオンオフする制御信号のパルス幅を、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式により調整する。そして、制御部３８は、制御信号Ｓ３１により、ＰＶコンバータ３１から所望の出力電力が直流電圧バス４１に出力されるように、ＰＶコンバータ３１を制御する。

インバータ３２は、制御部３８からの制御信号によって動作する直流交流変換回路である。インバータ３２は、制御部３８からの制御信号により動作し、直流高圧バスの直流電力を交流電力に変換する。

連系運転モードにおいて、制御部３８は、直流電力を商用電力系統１５と連系可能な交流電力Ｐａに変換するようにインバータ３２を制御する。また、自立運転モードにおいて、制御部３８は、自立運転用出力端子２２に接続される負荷１７に交流電力Ｐｂを供給するようにインバータ３２を制御する。

インバータ３２から出力される交流電力は、フィルタ３３と閉状態の系統連系リレー３４を介して系統連系端子２１に出力され、その系統連系端子２１から系統電力線１４に出力される。フィルタ３３は、インバータ３２から出力される交流電力の高周波成分を低減する。また、インバータ３２から出力される交流電力は、閉状態の自立運転リレー３５を介して自立運転用出力端子２２に出力される。

また、インバータ３２は、商用電力系統１５の交流電力を直流電力に変換して直流電圧バス４１に出力する。制御部３８は、交流電力と同様に、制御信号によってインバータ３２が含む複数のスイッチング素子のオンオフを制御し、所望の直流電力をインバータ３２から直流電圧バス４１に出力させる。

蓄電装置３７は、充放電可能とされた電池（二次電池）を含む。二次電池は、例えばリチウムイオン電池である。蓄電装置３７は、直列に接続された複数の二次電池を含む。
ＤＣ－ＤＣコンバータ３６は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであり、例えば昇降圧回路である。制御部３８は、制御信号Ｓ３６により、ＤＣ－ＤＣコンバータ３６を制御する。ＤＣ－ＤＣコンバータ３６は、直流電圧バス４１の直流電力を、蓄電装置３７に充電する直流電力に変換する。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ３６は、蓄電装置３７から放電される直流電力を、直流電圧バス４１に応じた電圧の直流電力に変換する。

制御部３８は、例えばＣＰＵ３８ａ、メモリ３８ｂ、周辺回路３８ｃを備え、それらは内部バス３８ｄを介して互いに接続されている。メモリ３８ｂは、ＲＯＭ、ＲＡＭを含む。メモリ３８ｂは、ＣＰＵ３８ａが実行する処理プログラム、処理に必要なしきい値等の各種のデータ、処理プログラムの実行により一時的に格納される各種のデータを記憶する。周辺回路３８ｃは、ＣＰＵ３８ａが動作するための少なくとも１つの回路を含む。周辺回路３８ｃに含まれる回路には、例えば制御部３８の動作のためのクロック信号を生成する回路、時刻を示すクロック回路、パワーコンディショナ１１に含まれる各種のセンサや蓄電池の検出信号を入力するインタフェース回路、インターネット等のパワーコンディショナ１１の外部と有線又は無線で通信する通信回路、等を含む。ＣＰＵ３８ａは、処理プログラムの実行に際して必要となる情報（データ）を、周辺回路３８ｃを直接アクセスする、又は周辺回路３８ｃからメモリ３８ｂに格納された情報（データ）を読み出す。なお、メモリ３８ｂに記憶される情報（データ）は、例えば周辺回路３８ｃに接続される外部端末からメモリ３８ｂに格納されるものを含む。

次に、パワーコンディショナ１１の一部の回路構成の一例を説明する。
図２に示すように、インバータ３２は、スイッチング素子としてのトランジスタＴ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４を含む。トランジスタＴ２１～Ｔ２４は、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。なお、トランジスタＴ２１～Ｔ２４としてＩＧＢＴ等を用いてもよい。トランジスタＴ２１，Ｔ２２のドレイン端子は高圧側の第１電線３２ａに接続され、トランジスタＴ２１，Ｔ２２のソース端子はトランジスタＴ２３，Ｔ２４のドレイン端子に接続され、トランジスタＴ２３，Ｔ２４のソース端子は低圧側の第２電線３２ｂに接続されている。つまり、インバータ３２は、第１電線３２ａと第２電線３２ｂとの間に直列に接続されたトランジスタＴ２１とトランジスタＴ２３とからなる直列回路と、第１電線３２ａと第２電線３２ｂとの間に直列に接続されたトランジスタＴ２２とトランジスタＴ２４とからなる直列回路とを含む。トランジスタＴ２１，Ｔ２２は、ハイサイドスイッチング素子の一例であり、トランジスタＴ２３，Ｔ２４は、ローサイドスイッチング素子の一例である。各トランジスタＴ２１～Ｔ２４のゲート端子には、制御部３８から制御信号Ｓ２１～Ｓ２４が供給される。

第１電線３２ａと第２電線３２ｂは、直流電圧バス４１の第１電力線４１ａと第２電力線４１ｂとにそれぞれ接続されている。なお、第１電線３２ａと第１電力線４１ａ、第２電線３２ｂと第２電力線４１ｂは、インバータ３２と直流電圧バス４１により便宜上分割して示したものであり、一体的であってもよいし、さらに複数の電線に分割されていてもよい。トランジスタＴ２１のソース端子とトランジスタＴ２３のドレイン端子の間の接続点と、トランジスタＴ２２のソース端子とトランジスタＴ２４のドレイン端子の間の接続点は、フィルタ３３に接続されている。

フィルタ３３は、インダクタ素子３３ａ，３３ｂを含む。フィルタ３３は、インバータ３２から出力される交流電力の高周波成分を減衰させ、インバータ３２の出力電圧と出力電流とを正弦波に近づける。

系統連系リレー３４は、第１リレー３４ａと第２リレー３４ｂとを含む。第１リレー３４ａと第２リレー３４ｂは、フィルタ３３と系統連系端子２１との間に接続されている。本実施形態の系統連系端子２１は、単相３線式の端子であり、Ｕ相端子２１ＵとＯ相端子２１ＯとＷ相端子２１Ｗとを含む。

第１リレー３４ａの第１端子はインダクタ素子３３ａに接続され、第１リレー３４ａの第２端子はＵ相配線４２Ｕを介して系統連系端子２１のＵ相端子２１Ｕに接続されている。第２リレー３４ｂの第１端子はインダクタ素子３３ｂに接続され、第２リレー３４ｂの第２端子は、Ｗ相配線４２Ｗを介して系統連系端子２１のＷ相端子２１Ｗに接続されている。第１リレー３４ａ及び第２リレー３４ｂは、制御部３８から供給される制御信号Ｓ３４に基づいて作動し、フィルタ３３と系統連系端子２１との間を開閉する。

系統連系リレー３４のＵ相端子２１Ｕ、Ｏ相端子２１Ｏ、Ｗ相端子２１Ｗは、系統電力線１４のＵ相電力線１４Ｕ、Ｏ相電力線１４Ｏ、Ｗ相電力線１４Ｗを介して商用電力系統１５に接続されている。Ｏ相電力線１４Ｏは接地されている。

自立運転リレー３５は、第１リレー３５ａと第２リレー３５ｂと第３リレー３５ｃとを含む。自立運転リレー３５は、フィルタ３３と自立運転用出力端子２２との間に接続されている。本実施形態の自立運転用出力端子２２は、単相２線式の端子であり、Ｕ相端子２２ＵとＷ相端子２２Ｗとを含む。

第１リレー３５ａの第１端子はインダクタ素子３３ａに接続され、第１リレー３５ａの第２端子はＵ相配線４３Ｕを介して自立運転用出力端子２２のＵ相端子２２Ｕに接続されている。第２リレー３５ｂの第１端子はインダクタ素子３３ｂに接続され、第２リレー３５ｂの第２端子はＷ相配線４３Ｗを介して自立運転用出力端子２２のＷ相端子２２Ｗに接続されている。第３リレー３５ｃの第１端子は接地され、第３リレー３５ｃの第２端子はＷ相配線４３Ｗ（Ｗ相端子２２Ｗ）に接続されている。第１リレー３５ａ及び第２リレー３５ｂは、制御部３８から供給される制御信号Ｓ３５に基づいて作動し、フィルタ３３と自立運転用出力端子２２との間を開閉する。第３リレー３５ｃは、制御信号Ｓ３５に基づいて作動し、閉状態にてＷ相端子２２Ｗを接地する。

本実施形態のパワーコンディショナ１１は、単相３線式の系統連系端子２１と単相２線式の自立運転用出力端子２２とを有している。そして、パワーコンディショナ１１は、商用電力系統１５と連系する連系運転モードでは、実効値２００Ｖの交流電圧を系統連系端子２１に出力する。Ｕ相電力線１４ＵとＯ相電力線１４Ｏとの間に、１００Ｖ系の負荷１６が接続される。Ｗ相電力線１４ＷとＯ相電力線１４Ｏとの間に、１００Ｖ系の負荷１７が接続される。なお、Ｕ相電力線１４ＵとＷ相電力線１４Ｗとの間に、２００Ｖ系の負荷を接続することができる。

また、パワーコンディショナ１１は、商用電力系統１５から解列された自立運転モードでは、実効値１００Ｖの交流電圧を自立運転用出力端子２２に出力する。１００Ｖ系の負荷１７を自立運転用出力端子２２に接続して作動させることができる。

インバータ３２とフィルタ３３との間には、電圧センサ５１と電流センサ５２とが設けられている。
電圧センサ５１は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を検出するように設けられている。電圧センサ５１は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２に応じた電圧検出信号Ｋ１を出力する。制御部３８は、電圧検出信号Ｋ１に基づいて、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を検出する。電流センサ５２は、インバータ３２の出力電流Ｉ３２を検出するように設けられている。電流センサ５２は、インバータ３２の出力電流Ｉ３２に応じた電流検出信号Ｋ２を出力する。制御部３８は、電流検出信号Ｋ２に基づいて、インバータ３２の出力電流Ｉ３２を検出する。

制御部３８は、検出した出力電流Ｉ３２が過電流の場合にインバータ３２を保護する保護機能を有している。制御部３８は、メモリ３８ｂにインバータ３２の許容電流値（判定しきい値）を記憶している。インバータ３２の許容電流値は、例えば６０Ａである。制御部３８は、検出した出力電流Ｉ３２の電流値と許容電流値とを比較し、出力電流Ｉ３２の電流値が許容電流値を超える場合に、その出力電流Ｉ３２を過電流であると判定する。そして、過電流を検出した場合、制御部３８は、インバータ３２の出力を調整又は停止する。

系統連系リレー３４と系統連系端子２１との間には電圧センサ５３が設けられている。本実施形態において、電圧センサ５３は、Ｕ相配線４２ＵとＷ相配線４２Ｗとの間に接続されている。電圧センサ５３は、系統連系端子２１のＵ相端子２１ＵとＷ相端子２１Ｗとの間の電位差に応じた電圧検出信号Ｋ３を出力する。制御部３８は、電圧検出信号Ｋ３に基づいて、Ｕ相端子２１ＵとＷ相端子２１Ｗの間の電圧を検出する。

系統連系端子２１は、系統電力線１４を介して商用電力系統１５に接続されている。したがって、制御部３８は、電圧検出信号Ｋ３により、商用電力系統１５から商用交流電力Ｐ１５が供給されているか否か、例えば商用電力系統１５が停電しているか否かを判定できる。

次に、制御部３８が実行する処理の一例を説明する。
図２に示すように、制御部３８は、所定の周波数の制御信号Ｓ２１～Ｓ２４を生成し、インバータ３２のトランジスタＴ２１～Ｔ２４をオンオフ制御する。制御信号Ｓ２１～Ｓ２４の周波数は、パワーコンディショナ１１が連系する商用電力系統１５の交流電力の周波数（商用周波数：５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも高い周波数に設定され、数十ｋＨｚ程度（例えば２０ｋＨｚ）に設定される。制御部３８は、系統電力線１４に出力する交流電力Ｐａを正弦波に近づけるように、制御信号Ｓ２１～Ｓ２４のパルス幅を、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御により調整する。

一例として、制御部３８は、正弦波信号電位と三角波の搬送波信号電位との比較結果により各制御信号Ｓ２１～Ｓ２４のパルス幅を決定する。そして、制御部３８は、正弦波信号電位と搬送波信号電位とのタイミングによって、インバータ３２の出力電圧の電圧位相を調整する位相調整を行う。また、制御部３８は、正弦波信号電位の大きさにより、各制御信号Ｓ２１～Ｓ２４のパルス幅を調整し、インバータ３２の出力電圧を変更する振幅調整を行う。

系統連系モードにおいて、制御部３８は、商用電力系統１５の商用交流電圧と同期する周波数の制御信号を出力するとともに、その制御信号のパルス幅を例えばＰＷＭ方式によって調整し、スイッチング素子としてのトランジスタＴ２１～Ｔ２４を駆動する。制御信号のパルス幅により、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２が変更される。つまり、制御部３８は、インバータ３２を制御することにより、所望の出力電圧Ｖ３２の交流電力Ｐａをインバータ３２から出力させる。

制御部３８は、商用電力系統１５が例えば停電によって商用交流電力Ｐ１５が供給されないとき、系統連系モードから自立運転モードにモード切替えを行う。
自立運転モードにおいて、制御部３８は、所望（例えば、実効値１００Ｖ）の出力電圧Ｖ３２をインバータ３２から出力するように、インバータ３２の各トランジスタＴ２１～Ｔ２４を制御する制御信号Ｓ２１～Ｓ２４を出力する。

自立運転モードにおいて、制御部３８は、過電流を検出した場合、制御部３８は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を調整又は停止する。例えば、制御部３８は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２の位相をシフトする処理を行う。

制御部３８は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を０Ｖ（ゼロボルト）に近づけるように、出力電圧Ｖ３２の電圧位相をシフトする。電圧位相のシフトは、インバータ３２の各トランジスタＴ２１～Ｔ２４を駆動する制御信号Ｓ２１～Ｓ２４によって行うことができる。

制御部３８は、過電流を検出したときのインバータ３２の出力電圧Ｖ３２に基づいて、電圧位相をシフトするシフト量を算出する。そして、制御部３８は、算出したシフト量にて出力電圧Ｖ３２の電圧位相をシフトするようにインバータ３２（トランジスタＴ２１～Ｔ２４）を制御する。

なお、出力電圧Ｖ３２の電圧位相を調整（シフト）しても、過電流を回復できない場合がある。例えば、自立運転用出力端子２２に接続された負荷１７において、短絡故障等の異常が発生した場合、過電流を解消できない。この場合、制御部３８は、インバータ３２の出力を停止する。例えば、制御部３８は、過電流を検出した検出回数をカウントする。そして、検出回数が一定の判定回数を超えた場合、インバータ３２の出力を停止する。これにより、制御部３８は、インバータ３２を保護する。

（作用）
次に、本実施形態のパワーコンディショナ１１の作用を説明する。
図３は、パワーコンディショナ１１の自立運転用出力端子２２に接続される負荷の一例を示す。

図３に示す電力線１９は、図１、図２に示すパワーコンディショナ１１の自立運転用出力端子２２に接続されるプラグ１９ａと、複数のコンセント１９ｂを有している。なお、図３では、複数のコンセント１９ｂが一体的に示されているが、電線によって接続された構成であってもよい。

図３において、電力線１９には、２つの負荷１７ａ，１７ｂが接続され、これらの負荷１７ａ，１７ｂに対して、パワーコンディショナ１１は、交流電力を供給する。
コンセント１９ｂに対して負荷１７ｃを接続する。この負荷１７ｃは、電源回路１８に大きな容量値のコンデンサＣ１８を備えた容量性負荷である。この負荷１７ｃが自立運転用出力端子２２に接続されると、コンデンサＣ１８に向けて大きな電流が流れる場合がある。交流の出力電圧Ｖ３２が高い電圧であると、負荷１７ｃに対して大きな突入電流が流れ、その突入電流が過電流となる場合がある。なお、図３は、コンセント１９ｂに対して容量の大きなコンデンサＣ１８を含む負荷１７ｃを接続する場合について示したが、例えば電源スイッチ（起動スイッチ）の操作によって内部のコンデンサに電力が供給される負荷であっても同様の突入電流が流れる。

制御部３８は、過電流を検出すると、出力電圧Ｖ３２を０Ｖに近づけるように出力電圧Ｖ３２を位相シフトして出力する。例えば、制御部３８は、過電流を検出したときの出力電圧Ｖ３２の電圧位相に応じて位相シフト量を決定する。そして、制御部３８は、決定した位相シフト量だけ出力電圧Ｖ３２の電圧位相をシフトして出力する。

例えば、図４に示すように、検出時刻ｔａにおいて、過電流を検出する。この時の出力電圧Ｖ３２ａの電圧位相は９０°（度）である。制御部３８は、このときの電圧位相に基づいて位相シフト量＝９０°を算出する。そして、制御部３８は、検出前の出力電圧Ｖ３２ａに対して、９０°位相シフトした出力電圧Ｖ３２ｂを出力するようにインバータ３２を制御する。これにより、制御部３８は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を停止させることなく、出力させることができる。なお、本明細書において、出力電圧Ｖ３２の停止とは、交流電圧である出力電圧Ｖ３２の１周期以上、０Ｖとならないことを意味している。

このように出力される出力電圧Ｖ３２は、過電流を検出した検出時刻ｔａから増加する。図４に示す例では、出力電圧Ｖ３２は、０Ｖから増加し、それに伴って出力電流Ｉ３２が増加する。したがって、図３に示す負荷１７ｃのコンデンサＣ１８に対して、徐々に増加する出力電流Ｉ３２が供給される、つまり負荷１７ｃに対する突入電流が抑制される。このため、インバータ３２の出力電流Ｉ３２が設定しきい値よりも大きくなる過電流が解消される。そして、検出時刻ｔａから徐々に出力電流Ｉ３２が増加することにより、出力電流Ｉ３２が過電流となり難い、つまり過電流が抑制される。

そして、制御部３８は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を停止させることなく、出力させる。つまり、パワーコンディショナ１１は、自立運転用出力端子２２に接続された他の負荷１７ａ，１７ｂに対して出力電力Ｐｂの供給を継続する。このため、負荷１７ａ，１７ｂを継続して使用することができる。

なお、パワーコンディショナ１１に接続される負荷の種類（構成）によって、上記したように決定した位相シフト量にて出力電圧Ｖ３２を出力しても、再び過電流となる場合がある。この場合、制御部３８は、再度生じる過電流を検出し、その検出したときの出力電圧Ｖ３２の電圧位相に基づいて位相シフト量を決定し、その決定した位相シフト量となるようにインバータ３２を制御する。

制御部３８は、過電流を検出した回数をカウントする。つまり、制御部３８は、検出回数ＮＫをメモリ３８ｂに記憶し、過電流を検出する毎に検出回数ＮＫをカウントアップ（＋１）する。そして、制御部３８は、所定時間（例えば１０秒）の間に検出回数ＮＫが所定の設定回数（例えば５回）を超えた場合にインバータ３２を停止する。所定時間と設定回数は、パワーコンディショナ１１に接続される負荷１７に応じて設定される。例えば、図３に示す負荷１７ｃのように、コンデンサＣ１８を備え、そのコンデンサＣ１８の容量値が大きい場合、所定時間の間に突入電流が少なくなり、所定時間の間に設定しきい値よりも大きくなる回数は、設定回数よりの少ない（例えば３回）。このように、正常な負荷１７（１７ｃ）が接続されているときには、検出回数ＮＫが設定回数を超えないように、その設定回数が設定される。

ところで、負荷１７に短絡故障等の異常が発生した場合、検出回数ＮＫが設定回数を超える。この場合、制御部３８は、検出回数ＮＫが設定回数を超えるため、インバータ３２の出力を停止する。そして、制御部３８は、インバータ３２を停止した旨を報知する。この報知には、例えば、発光（発光色、点滅）、音声、表示部による表示、等を用いることができる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１－１）パワーコンディショナ１１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ３２と、インバータ３２を制御する制御部３８と、を有する。制御部３８は、自立運転モード中に、電流センサ５２によって検出した出力電流Ｉ３２の電流値が許容電流値（判定しきい値）を超える過電流を検出した場合に、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を０Ｖに近づけるように、出力電圧Ｖ３２の位相をシフトする制御を行う。０Ｖに近づけるように位相シフトした出力電圧Ｖ３２により、負荷１７に対して流れる出力電流Ｉ３２も小さくなるため、負荷１７に対する突入電流を抑制できる。

（１－２）制御部３８は、インバータ３２の出力電圧Ｖ３２を停止させることなく、出力させる。つまり、パワーコンディショナ１１は、自立運転用出力端子２２に接続された他の負荷１７ａ，１７ｂに対して出力電力Ｐｂの供給を継続する。このため、負荷１７ａ，１７ｂを継続して使用することができる。

（１－３）制御部３８は、過電流検出の検出回数ＮＫをカウントし、その検出回数ＮＫが設定回数を超える場合、インバータ３２の出力を停止する。検出回数ＮＫが設定回数を超える場合、自立運転用出力端子２２に接続された負荷１７に異常が発生している場合がある。このため、インバータ３２の出力を停止することで、インバータ３２等を保護できる。

（第１実施形態の変更例）
上記第１実施形態は、以下の態様で実施してもよい。上記第１実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・出力電圧Ｖ３２の位相シフト量は、出力電圧Ｖ３２が０Ｖに近づくように決定されればよい。例えば、図５に示すように、出力電圧Ｖ３２ａの電圧位相９０°において過電流を検出した場合、その電圧位相に基づいて、例えば９０°よりも小さい位相シフト量（例えば７５°）に決定されてもよい。この場合であっても、負荷１７ｃに対する突入電流を抑制することができ、インバータ３２の出力電流Ｉ３２が過電流となることを抑制できる。

また、図５では、過電流を検出したときに、出力電圧Ｖ３２（Ｖ３２ｂ）が０Ｖ又は０Ｖに近い値から増加するように位相シフト量を決定したが、出力電圧Ｖ３２（Ｖ３２ｂ）が減少するように位相シフト量を決定してもよい。

例えば、図６に示すように、出力電圧Ｖ３２ａが位相９０°よりも遅れた位相（例えば１３５°）にて過電流を検出した場合、その検出した電圧位相に基づいて、検出前の出力電圧Ｖ３２ａの位相よりも出力電圧Ｖ３２ｂの位相を遅らせるように、位相シフト量を１３５°として決定してもよい。また、図７に示すように、検出前の出力電圧Ｖ３２ａに対して進んだ位相（４５°）にて出力電圧Ｖ３２ｂを出力するように、位相シフト量を決定してもよい。

・上記実施形態では、出力電圧Ｖ３２の電圧位相に基づいて位相シフト量を決定したが、出力電圧Ｖ３２の電圧位相と電圧値とに基づいて位相シフト量を決定するようにしてもよい。

・上記実施形態に対し、出力電圧Ｖ３２に対して、不感帯を設定してもよい。例えば、図８に示すように、不感帯ＵＢは、０Ｖを中心として所定の電圧範囲に設定される。電圧範囲は、例えば、出力電圧Ｖ３２の実効値の１０％（実効値１００Ｖに対して±１０Ｖ）に設定される。不感帯ＵＢは、過電流を検出した制御部３８が位相シフトを行うことなくインバータ３２を停止するための範囲である。例えば、電圧位相が９０°の場合、出力電圧Ｖ３２の実効値は１００Ｖとなる。しかし、このときに図１，図２に示す電圧センサ５１により検出された電圧値が０Ｖとする。この場合、負荷１７が異常である（例えば、短絡故障を起こしている）可能性が高い。したがって、過電流を検出した場合に出力電圧Ｖ３２の電圧値が不感帯ＵＢ内（＋１０Ｖ以下、－１０Ｖ以上）であるとき、制御部３８は、位相シフトを行うことなく、インバータ３２の出力を停止する。これにより、インバータ３２等を保護する。

・上記実施形態において、制御部３８は、過電流の検出回数によってインバータ３２を停止するようにしたが、所定の期間継続して過電流を検出した場合にインバータ３２を停止するようにしてもよい。

なお、不感帯ＵＢは、出力電圧Ｖ３２の位相に設定されてもよい。例えば、出力電圧Ｖ３２の電圧位相について、電圧値が０Ｖとなる位相を中心とした範囲（－１５°以上１５°以下、１６５°以上１９５°以下）の不感帯ＵＢを設定する。これにより、インバータ３２の出力を停止し、インバータ３２等を保護する。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態を説明する。
図９、図１０に示す第２実施形態のパワーコンディショナ１１ａは、第１実施形態のパワーコンディショナ１１の構成に対して、バイパスリレー６１と電流センサ６２とが追加されている。

図９、図１０に示すように、バイパスリレー６１は、系統連系端子２１と自立運転用出力端子２２との間に接続されている。電流センサ６２は、バイパスリレー６１と自立運転用出力端子２２との間に接続されている。なお、電流センサ６２は、系統連系端子２１とバイパスリレー６１との間に接続されてもよい。

図１０に示すように、バイパスリレー６１は、第１リレー６１ａと第２リレー６１ｂとを備える。第１リレー６１ａの第１端子は系統連系端子２１のＵ相端子２１Ｕ（Ｕ相電線４１Ｕ）に接続され、第１リレー６１ａの第２端子は自立運転用出力端子２２のＵ相端子２２Ｕ（Ｕ相電線４２Ｕ）に接続されている。第２リレー６１ｂの第１端子は系統連系端子２１のＯ相端子２１Ｏに接続され、第２リレー６１ｂの第２端子は自立運転用出力端子２２のＷ相端子２２Ｗ（Ｗ相電線４３Ｗ）に接続されている。バイパスリレー６１は制御部３８からの制御信号Ｓ６１に基づいて作動し、系統連系端子２１と自立運転用出力端子２２との間を開閉する。

電流センサ６２は、第２リレー６１ｂと自立運転用出力端子２２のＷ相端子２２Ｗ（Ｗ相電線４３Ｗ）との間に挿入接続されている。電流センサ６２は、バイパスリレー６１に流れる電流に応じた検出信号Ｋ４を出力する。

本実施形態の制御部３８は、系統連系モードにおいてバイパスリレー６１を閉状態（オン）とし、自立運転モードにおいてバイパスリレー６１を開状態（オフ）とする。
系統連系端子２１は、商用電力系統１５に接続されている。したがって、系統連系モードにおいて、商用電力系統１５から供給される商用交流電力Ｐ１５は、系統連系端子２１からバイパスリレー６１を介して自立運転用出力端子２２に供給される。この自立運転用出力端子２２は、自立運転モードにおいて、パワーコンディショナ１１ａが交流電力を出力する端子である。このため、自立運転モードにおいて使用する負荷１７を自立運転用出力端子２２に接続することで、系統連系モードにおいてもその負荷１７に商用交流電力Ｐ１５が供給される。つまり、自立運転モードにおいて使用する予定の負荷１７を差替える手間がなくなる。

電流センサ６２は、バイパスリレー６１に流れる電流に応じた検出信号Ｋ４を出力する。したがって、制御部３８は、自立運転用出力端子２２に接続された負荷１７に流れる電流を検出できる。そして、制御部３８は、負荷１７に流れる電流値に応じた値を許容電流値（判定しきい値）として設定し、その許容電流値をメモリ３８ｂに記憶する。詳しくは、制御部３８は、電流センサ６２にて検出した電流値において、最大の瞬時値より大きな値を許容電流値に設定する。例えば、制御部３８は、最大の瞬時値の２倍の値を許容電流値に設定する。このように、接続された負荷１７に応じた許容電流値を設定できる。

出力電流の瞬時値は、例えば自立運転用出力端子２２に接続した負荷１７を起動したとき等のように、負荷の通常の動作状態により生じる電流値である。したがって、負荷１７を起動する等により生じる電流量は、負荷１７が正常な状態であっても生じる。このため、制御部３８は、このような正常に動作する負荷１７により生じる電流値を異常として処理しないように、許容電流値を設定する。

しかしながら、最大の瞬時値よりも遙かに大きな電流が流れる場合には、負荷１７において異常が発生している虞がある。このため、制御部３８は、最大の瞬時値に応じて設定した許容電流値よりも大きな出力電流Ｉ３２がインバータ３２から出力されるときには、その出力電流を過電流として処理する。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
（２－１）本実施形態のパワーコンディショナ１１ａは、系統連系端子２１と自立運転用出力端子２２との間に接続されたバイパスリレー６１を有している。制御部３８は、系統連系モードにおいてバイパスリレー６１を閉状態（オン）とし、自立運転モードにおいてバイパスリレー６１を開状態（オフ）とする。したがって、系統連系モードにおいて、商用電力系統１５から供給される商用交流電力Ｐ１５は、自立運転用出力端子２２に接続された負荷１７にも供給される。これにより、自立運転モードにおいて使用する予定の負荷１７を差替える手間が省くことができる。

（２－２）本実施形態のパワーコンディショナ１１ａは、バイパスリレー６１に対して直列に接続された電流センサ６２を有している。バイパスリレー６１及び電流センサ６２には、自立運転用出力端子２２に接続された負荷１７による電流が流れる。制御部３８は、電流センサ６２の検出信号Ｋ４により検出した電流値に応じて許容電流値を設定する。これにより、接続された負荷１７に応じた許容電流値を設定できる。

（変更例）
上記各実施形態及び各変更例は、以下の態様で実施してもよい。上記各実施形態及び各変更例と以下に示す変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態に対し、過電流を検出したときに、検出前の出力電圧の値と検出後の出力電圧の値との差が大きくなるように、出力電圧Ｖ３２の位相を変更してもよい。
図１１に示すように、時刻ｔａにおいて過電流を検出した場合、その時刻ｔａよりも前の出力電圧Ｖ３２ａの値と、位相を変更した出力電圧Ｖ３２ｂの値との差が大きくなるように、出力電圧Ｖ３２ｂの位相を変更する。例えば、過電流を検出したときの出力電圧Ｖ３２ａの位相が９０°の場合、出力電圧Ｖ３２ｂの位相を１８０°に変更することにより、出力電圧Ｖ３２ｂが位相９０°のときの出力電圧Ｖ３２ａよりも大きくなる。

次に、時刻ｔｂにおいて過電流を検出した場合、その時刻ｔｂよりも前の出力電圧Ｖ３２ｂの値と、位相を変更した出力電圧Ｖ３２ｃの値との差が大きくなるように、出力電圧Ｖ３２ｃの位相を変更する。また、時刻ｔｃにおいて過電流を検出した場合、その時刻ｔｃよりも前の出力電圧Ｖ３２ｃの値と、位相を変更した出力電圧Ｖ３２ｄの値との差が大きくなるように、出力電圧Ｖ３２ｄの位相を変更する。さらに、時刻ｔｄにおいて過電流を検出した場合、その時刻ｔｄよりも前の出力電圧Ｖ３２ｄの値と、位相を変更した出力電圧Ｖ３２ｅの値との差が大きくなるように、出力電圧Ｖ３２ｅの位相を変更する。

トランスやモータコイル等の巻線を有する負荷の場合、巻線の時期特性によって、巻線に供給される電圧が正又は負に偏ると磁気飽和が発生する可能性があり、励磁電流が過大となってパワーコンディショナ１１，１１ａが停止するおそれがある。上記のように出力電圧Ｖ３２（Ｖ３２ｂ～Ｖ３２ｅ）のように位相を変更することで、負荷の巻線に加える出力電圧Ｖ３２を正負の双方にバランスさせることができ、励磁電流の増加を抑制できる。これにより、モータ等のように、巻線を含む負荷を起動可能とすることができる。

・上記各実施形態では、系統連系端子２１を単相３線式としたが、単相２線式としてもよい。また、三相３線式や三相４線式としてもよい。
・上記各実施形態では、自立運転用出力端子２２を単相２線式の出力端子としたが、単相３線式の出力端子としてもよい。また、三相３線式や三相４線式としてもよい。

・上記各実施形態及び変更例では、直流電源としての太陽光パネル１２に接続されたパワーコンディショナ１１，１１ａについて説明した。接続される直流電源としては、太陽光パネル１２、風力発電装置、ガス発電装置、地熱発電装置、またはこれらを組み合わせて用いることができる。

・上記各実施形態では、停電を検知した制御部３８が自動で系統連系モードから自立運転モードへと切り替えるようにしたが、これに限らない。たとえば使用者がパワーコンディショナに設けられたスイッチや携帯端末等のインタフェースを通じて運転モードの切換えを指示した場合に、制御部３８が動作モードの切換えを行うようにしてもよい。

１１，１１ａ パワーコンディショナ
１２ 太陽光発電パネル
１３ 太陽光発電システム
１４ 系統電力線
１５ 商用電力系統
１６，１７，１７ａ～１７ｃ 負荷
２１ 系統連系端子
２２ 自立運転用出力端子
３１ ＰＶコンバータ（ＰＶＣ）
３２ インバータ
３３ フィルタ
３４ 系統連系リレー
３５ 自立運転リレー
３６ ＤＣ－ＤＣコンバータ
３７ 蓄電装置
３８ 制御部
３８ｂ メモリ
５１，５３ 電圧センサ
５２，６２ 電流センサ
６１ バイパスリレー
Ｐ１５ 商用交流電力
Ｔ２１～Ｔ２４ トランジスタ

Claims (5)

1. 直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統と並列して前記交流電力を前記商用電力系統に向けて出力する連系運転モードと、前記商用電力系統から解列して前記交流電力を自立運転用出力端子に出力する自立運転モードと、を有するパワーコンディショナであって、
   前記直流電力を前記交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータを制御する制御部と、
   前記インバータの出力電流を検出する電流センサと、
   前記商用電力系統と前記自立運転用出力端子との間に接続されたバイパスリレーと、
   前記バイパスリレーに流れる電流値を検出する電流センサと、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記自立運転モード中に、前記電流センサによって検出した前記出力電流の電流値が判定しきい値を超える過電流を検出した場合に、前記インバータの出力電圧をゼロボルトに近づけるように、前記出力電圧の位相を変更する制御を行い、
   前記連系運転モードでは前記バイパスリレーを閉状態とし、前記自立運転モードでは前記バイパスリレーを開状態とし、
   前記連系運転モードにおいて前記電流センサによって前記バイパスリレーに流れる電流値に応じた値を前記判定しきい値として記憶する、
   パワーコンディショナ。
2. 前記制御部は、前記過電流を検出したときの前記出力電圧の電圧値と、前記位相の変更後の前記出力電圧の電圧値との差が大きくなるように前記出力電圧の位相を変更する、請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記インバータの出力電圧を検出する電圧センサを備え、
   前記制御部は、前記インバータの出力電圧の０Ｖを中心とする所定電圧範囲の不感帯が設定され、前記電流値が判定しきい値を超えたとき、前記インバータの出力電圧値が前記不感帯内のときには前記インバータを停止する、
   請求項１又は請求項２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記制御部は、前記過電流を検出した検出回数をカウントし、所定期間において前記検出回数が設定回数を超えた場合に前記インバータを停止する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
5. 前記制御部は、所定の期間継続して前記過電流を検出した場合に前記インバータを停止する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。

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