JPH011431A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は電源装置に関し、更に詳しくは太陽電池等の直
流電源からの直流を高周波インバータによって交流に変
換して出力する電源システムと、既存の商用電力系統と
の並列運転を行なう電源装置に関するものである。

（ロ）従来の技術 一般の個人住宅等に設置される比較的小容量の太陽電池
発電システムは、太陽電池の日射量、温度などによる大
幅な出力変化があることから、効率のよい利用を考える
と、既存の商用電力系統と電源システムを連系して並列
運転を行ない、出力の変動分を商用電力系統が補うよう
な方法が望ましい。

このような電源システムでは、太Ｆ！Ａ電池の最大出力
制御を行なうとともに、負荷の消費する無効電力を補償
する方法が考えられる。

第２図は電源装置の従来例を示している。この電源装置
の１ｉＩＩＪ御方法は次のとおりである。

太陽電池１の出力は逆流防止ダイオード２を介して高周
波用の電圧形ＰＷＭ　（Ｄｕｌｓｅ　　ｗｉｄｔｈｍｏ
ｄｕｌａｔｉｏｎ）インバータ（以下、インバータと称
呼す）３に加わる。このキャリア周波数は２０ＫＨｚで
ある。そして、このインバータ３によって太陽電池１の
直流出力は交流に変換され、フィルタ用リアクトル４を
介して商用電力系統（５０または６０Ｈｚ　＞　５およ
び負荷６に電力を供給する。

このような電源装置において、まず、太陽電池１の最大
出力制御は次のように行なわれる。太陽電池１の電圧ｖ
１電流■をそれぞれ直流電圧検出器７、直流電流検出器
８によって検出する。最大出力制御装置９はこれらの検
出器７および８から得られる値によって直流電力値を算
出し、前回の算出値と比較して、常に直ｆ？Ｉ電力が増
加する方向に太陽電池１の電圧を制御するような、直流
電圧基準値Ｖ　を出力する。

次に、この直流電圧基準値Ｖ“　と、商用系統電圧検出
器１０によって検出された商用電力系統の電圧と同相の
電圧ｅｃの基本波成分をバンドパスフィルタ１１によっ
て抽出した交流電圧基準値ｅＵ　　とを乗算したものを
有効電流指令値ＩＰ　とし、この指令値によってインバ
ータ３から出力するインバータ出力電流　ｉ工を変化さ
せることで、常に太陽電池の最大出力制御が行なわれる
。

また、負荷６の消費する無効電力を補償する制御は、次
のように行なわれる。

負荷電流検出器１２によって検出された負荷電流りは、
商用系統電圧と同相の正弦波電流分である有効電流成分
と、その他の無効電流成分に分けられる。ここで無効電
流制御装置１３は、商用系統電圧検出器１０によって検
出されたｅｃとこの　ｊＬによって負荷電流ｉＬに含ま
れる無効電流成分を算出し、無効電流指令値ｉＺを出力
する。

この無効電流指令値ｉａは先はどの有効電流指令値　ｉ
責　に重畳され、これをインバータ３の電流指令値　１
１：とする。この電流指令ｆｆｉ　１１　はインバータ
出力電流検出器１４によって検出されたインバータ出力
電流ｉ工と比較され、その誤差出力によってパルス幅制
御２１１装置１５を制御することでインバータ３の出力
電流ｉｌｌ　ＩＩＩが行なわれる。したがって負荷６の
消費する無効電流はすべてインバータ３により供給され
るため、商用電力系統５の力率が改善される効果がある
。

このように従来の電源装置では、太陽電池１の最大出力
制御を行ない、負荷６に有効電力を供給するとともに、
負荷６の消費する無効電力を補償することで、力率改善
の効果をも有するものである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従って、前述の従来例においては、商用電力系統（以下
、系統と称呼す）５から供給される電力は有効分のみで
あり、その値は、負荷６の消費する有効電力および電源
システム（以下、システムと称呼す）の発生する有効電
力によって変動する。

つまり、システムの発生する有効電力が負荷６の消費す
る有効電力より大きい場合は系統５へ電力が回生され、
逆の場合はその不足分が系統５より負荷６へ供給される
。

ここで、システムの安全対策として、系統５の開放時に
はシステムを系統５および負荷６から切り離して、シス
テムの発生する電力によって系統５および負荷６を逆充
電しないようにする必要がある。

系統５の開放時にシステムの発生電力が負荷電力を上回
っている場合は、システムの出力電圧が上昇することか
ら、これを検知し、システムの発生電力が負荷電力を下
回っている場合は、システムの出力電圧が下降すること
から、これを検知することで、システムを切り離せばよ
い。しかしながらシステムの発生電力が負荷電力と一致
した場合、負荷６の消費する電力は有効、無効分ともに
すべてシステムから供給されることになり、系統５が開
放されても、システムの出力電圧は変化せず、系統５お
よび負荷６を逆充電するため、例えば作業者の感電とい
った安全対策上の問題が生じる。

本発明はこれらの点を考慮してなされたものであり、シ
ステムの発生電力と負荷電力とが一致した状態で、系統
が開放されても、確実にシステムと系統および負荷とを
切り離すことができる電源装置を提供することを目的の
一つとしている。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、太陽電池等の直流電源および該直流電源から
の直流を交流出力に変換し負荷に供給するインバータか
らなる電源システムと、この電源システムの上記交流出
力の不足分を上記負荷に供給する商用電力系統とからな
る電源装置であって、上記商用電力系統から負荷に供給
される電流のうち有効電流が零のときに信号を出力する
有効電流零検知手段および無効電流が零のときに信号を
出力する無効電流零検知手段と常時は負荷が消費する無
効電流を上記インバータが負荷に供給するよう上記イン
バータを制御するとともに、有効電流零検知手段が信号
を出力した場合には商用電力系統に無効電流が流れるよ
うに上記インバータを制御する無効電流制御手段と、上
記商用電力系統および負荷と上記電源システムとの接続
を切り離す遮断器と、上記有効電流零検知手段および無
効電流零検知手段の百出力信号が一定時間継続したとき
に上記遮断器を作動させる遮断器作動手段とを備えた電
源装置である。

すなわち、本発明は、商用電力系統から流れる有効電流
を検出し、この値が零の場合に、常に、商用電力系統に
無効電流が流れるようにインバータを制御する構成にす
るとともに、商用電力系統に流れる有効および無効電流
が共に零のときに商用電力系統および負荷と電源システ
ムとの接続を切り離す構成としたものである。

（ホ）作　用 本発明は、商用電力系統から流れる有効電流を検出し、
この値が零の場合に、無効電流指令値を変化させるよう
な制御を行なうことによって商用電力系統に無効電流が
流れるように構成したことから、電源システムの発生す
る有効電力と負荷の消費する有効電力が一致した場合に
は、常に商用電力系統に無効電流が流れることになる。

この状態で商用電力系統が開放されると、商用電力系統
の無効電流が零となることから、これによって商用電力
系統の開放を確実に検知し、電源システムを切り濯す操
作を行なうことができ、この結集、商用電力系統が開放
された際、作業者の感電といった安全対策上の問題点を
解消できる。

（へ）実施例 以下本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。なお
、本発明はこれによって限定されるものではない。

第１図は本発明の一実施例の構成図であり、従来と同一
符号は同−又は相当部分を示す。

電源システムは太ＩＩＩ電池１とこの直流電源からの直
流を交流出力に変換し負荷６に供給する電圧形Ｐ　Ｗ　
Ｍインバータ３とから主としてなる。このインバータは
、通常、高周波用のものが使用され、このキャリア周波
数は２０ＫＨ２である。

更に、商用電力系統（以下、系統と称呼す）５と無効電
流１Ｉ１１御装置２３との間に、系統５から負荷６に供
給される電流　ｉｃのうち、有効電流ｉｃｐを検出して
これが零（ｉｃＰ−０）のときに信号を出力する有効電
流検出器１６および零電流検出装置１８と、無効型！ｉ
ｃＱを検出してこれが零（ｉｃＱ−０）のときに信号を
出力する無効電流検出器１７および零電流検出装置１８
′とが介装されている。

無効電流制御装置２３は、負荷電流ｉＬを検出して少な
くともその無効電流をインバータ３に補給させるととも
に、電源システムの発生する有効電力と負荷６の消費す
る有効電力が一致した場合、零電流検出袋２１８の出力
信号によりインバータ３から供給される補償無効電流を
変化させるもので、これにより系統５に無効電流が流れ
る。

また、２１は遮断器で、これは系統５および負荷６と電
源システムとを切り離す。そして、零電流検出′ｉＡ置
１８および１８′の百出力信号が一定時間継続したとき
に遮断器２１を作動させて電源システムを開放しうるＡ
ＮＤ論理回路１９および時限袋２２０が設けられている
。

次に制御方法について説明する。

系統５の電流ｉＣの有効成分ｉｃｐ　および無効成分ｉ
ｃＱはそれぞれ有効電流検出器１６および無効電流検出
器１７により検出される。有効電流検出器１６の出力は
零電流検出装置１８に加えられる。

零電流検出装置１８は有効電流ｉｃｐ　が零の間、無効
電流制御Ｉ装置１３に信号を送る。無効電流制御装置２
３はこの信号が送られる間、実際の無効電流指令値ＩＱ
に一定値△、Ａ　　を加え、ＩＱ　＋、Ｉ ΔＩＱ　　を無効電流指令値とする。この制御により、
有効電流ｔｃｐ　　が零の間、常に系統５に△ＩＱ　　
に相当する無効電流が流れることになる。零電流検出装
置１８′はこの無効電流が零の間、へＮＯ論理回路１９
に信号を送る。この制ｔｌＤによれば、電源システムが
開放されていない場合には、零電流検出装置１８および
１８′が同時に信号を送ることはなく、ＡＮＤ論理回路
１９は付勢されない。

ここで系統５の有効電流、無効電流とも零となると、零
電流検出装置１８および１８′が同時に信号を送るため
ＡＮＤ論理回路１９が付勢される。

時限装置２０は、ＡＮＤ論理回路１９が一定期間以上付
勢された場合に、遮断器２１を遮断させ、電源システム
が開放される。

このように本実施例では、電源システムと系統５が接続
されている場合、常に系統５に有効電流あるいは無効電
流が流れるように制御できる構成にしたので、電源シス
テムの開放時には、これらの電流が零となるため、容易
に検知ができ、確実に電源システムと系統５および負荷
６との接続を切り離すことが可能であり、安全性を向上
できる。

また、通常運転時には、電源システムと系統５の連系部
に有効電流しか流れないため、力率改善の効果がある。

更に、インバータ３として、通常時、系統５の５０又は
６０　Ｈｚに比較してきわめて高周波のインバータが使
用されるものであり、しかもインバータの出力電流を直
接制御するため、高速の応答性が得られ、それによって
停電の検知が早くできるという利点を有するものである
。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によれば、商用電力系統から流れる
有効電流を検出し、この値が零の場合に、無効電流指令
値を変化させるような制御を行なうことによって商用電
力系統に無効電流が流れるように構成したことから、電
源システムの発生する有効電力と負荷の消費する有効電
力が一致した場合には、商用電力系統に無効電流が流れ
ることになる。この状態で商用電力系統が開放されると
、この商用電力系統の無効電流が零となることから、こ
れによって商用電力系統の開放を確実に検知し、電源シ
ステムを切り離す操作を行なうことができ、これにより
、商用電力系統が開放された際、作業者の感電といった
安全対策上の問題点を解消できるとともに、通常運転時
には、電源システムと商用電力系統の連系部に有効電流
しか流れないため、力率改善の効果がある。更に、イン
バータとして、通常時、商用電力系統の５０または６０
）１ｚに比較してきわめて高周波のインバータが使用さ
れるものであり、しかも、インバータの出力電流を直接
制御するため、高速の応答性が得られ、それによって停
電の検知が早くできるという多大の利点を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成回路図、第２図
は従来例を示す構成回路図である。 １・・・・・・太陽電池、３・・・・・・ＰＷＭインバ
ータ、５・・・・・・商用電力系統、 １６・・・・・・有効電流検出器、 １７・・・・・・無効電流検出器、 １８．１８−・・・・・・零電流検出装置、１つ・・・
・・・ＡＮＤ論理回路、２０・・・・・・時限装置、２
１・・・・・・遮断器、２３・・・・・・無効電流制御
装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、太陽電池等の直流電源および該直流電源からの直流
   を交流出力に変換し負荷に供給するインバータからなる
   電源システムと、この電源システムの上記交流出力の不
   足分を上記負荷に供給する商用電力系統とからなる電源
   装置であって、上記商用電力系統から負荷に供給される
   電流のうち有効電流が零のときに信号を出力する有効電
   流零検知手段および無効電流が零のときに信号を出力す
   る無効電流零検知手段と、常時は負荷が消費する無効電
   流を上記インバータが負荷に供給するよう上記インバー
   タを制御するとともに、有効電流零検知手段が信号を出
   力した場合には商用電力系統に無効電流が流れるように
   上記インバータを制御する無効電流制御手段と、上記商
   用電力系統および負荷と上記電源システムとの接続を切
   り離す遮断器と、上記有効電流零検知手段および無効電
   流零検知手段の両出力信号が一定時間継続したときに上
   記遮断器を作動させる遮断器作動手段とを備えた電源装
   置。