JPH08130883A - 系統連系システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 復旧不可能な系統連系用リレーなどの異常発
生時には不要な継電動作を続行させず、即座にシステム
を停止させ、異常箇所の早期補修を可能とする。 【構成】 インバータ回路２の運転条件が整っている場
合に系統連系用リレー７へ連系指令信号を送出してその
接点を閉成状態とすると共に、系統連系用リレー７の接
点状態を検出し、その接点が前記連系指令信号の送出に
拘わらず開放状態の場合に所定時間経過後に再度系統連
系用リレー７へ連系指令信号を送出する保護継電制御回
路９を備え、前記保護継電制御回路９は、系統連系用リ
レー７への複数回の連系指令信号の送出に拘わらず、系
統連系用リレー７の接点が開放状態である場合にはイン
バータ回路２を起動させないことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池などの直流電
源が接続されたインバータを商用電力系統に連系した系
統連系システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池などの数ｋＷの比較的小
容量の直流電源と、その出力を交流に変換するインバー
タとを備えた分散電源設備を商用電力系統に連系し、家
電製品等の負荷に給電する系統連系システムが提案され
ている。

【０００３】図３は、従来の系統連系システムの概略構
成図である。図において、31は直流電源であり、太陽光
のエネルギーを直流電圧に変換する太陽電池、32はその
太陽電池31から出力される直流電力を交流に変換するた
めのインバータであり、直流電源31からの直流出力は、
インバータ32によって交流に変換された上、絶縁トラン
ス33、ブレーカ34を経て負荷35及び商用電力系統36に供
給される。

【０００４】絶縁トランス33とブレーカ34との間には、
系統連系用リレー37が介挿されており、インバータ32の
運転条件が整った状態で、リレー37が閉じられて連系運
転が開始されることになる。

【０００５】上記ブレーカ34及びリレー37は、保護継電
制御回路38によって制御されている。この保護継電制御
回路38は、直流電源31の出力電圧、インバータ32の出力
電流及び商用電力系統36の系統電圧などを常時監視して
おり、電圧に過不足が生じたり過電流が発生した場合
に、異常状態と判断してリレー37及びブレーカ34を開き
インバータ32を解列させている。その後、その異常原因
を解消させた上で、手動操作によりブレーカ34が閉じら
れると、自動的にリレー37が閉じて所定時間経過後にイ
ンバータ32が起動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記システムでは、イ
ンバータ32の待機状態時に、直流電源31の出力電圧が所
定値以上となり、且つ商用電力系統36が正常状態である
場合にはインバータ32の運転条件が整っていると判断し
て、保護継電制御回路38からリレー37へ連系指令信号を
送出し、その接点を閉じて商用電力系統36との並列運転
を行っている。

【０００７】そして、従来の保護継電制御回路38では、
接触不良などのリレー37の一時的な故障により、リレー
37への連系指令信号の送出に拘わらず、リレー37の接点
が開放状態となる場合を考慮して、所定時間経過後に再
度リレー37へ連系指令信号を送出する構成となってい
る。

【０００８】このため、復旧不可能なリレー37の故障
や、リレー37の接点状態を検出する信号線の断線などが
発生した場合には、リレー37への連系指令信号の送出を
何度も繰り返すことになり、使用者がその異常に気付く
まで不要な継電動作が行われると共に、早期に異常箇所
の補修をすることができなかった。

【０００９】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、復旧不可能な系統連系用リレーなどの異常発
生時には不要な継電動作を続行させず、即座にシステム
を停止させ、異常箇所の早期補修を可能とした系統連系
システムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、系統連系シス
テムにおいて、インバータ回路の運転条件が整っている
場合に系統連系用リレーへ連系指令信号を送出してその
接点を閉成状態とすると共に、系統連系用リレーの接点
状態を検出し、その接点が前記連系指令信号の送出に拘
わらず、開放状態の場合に所定時間経過後に再度系統連
系用リレーへ連系指令信号を送出する保護継電制御回路
を備え、前記保護継電制御回路は、系統連系用リレーへ
の複数回の連系指令信号の送出に拘わらず、系統連系用
リレーの接点が開放状態である場合にはインバータ回路
を起動させないものである。

【００１１】また、保護継電制御回路は、直流電源の出
力電圧が一定電圧値以上となった場合または商用電力系
統との連系点電圧が一定範囲内となった場合に、インバ
ータ回路の運転条件が整っていると判断して、系統連系
用リレーに連系指令信号を送出する構成にしてもよい。

【００１２】更に、系統連系用リレーと商用電力系統と
の間にブレーカを設け、系統連系用リレーへの複数回の
連系指令信号の送出に拘わらず、系統連系用リレーの接
点が開放状態である場合に、ブレーカへ解列指令信号を
送出してその接点を開放させる構成にしてもよい。

【００１３】

【作用】本発明によれば、復旧不可能な系統連系用リレ
ーの異常発生によって、系統連系用リレーへの複数回の
連系指令信号の送出に拘わらず、系統連系用リレーの接
点が開放状態である場合には、保護継電制御回路による
継電動作を終了させ、即座にシステムを停止させる。

【００１４】また、インバータ回路と商用電力系統との
連系を系統連系用リレー及びブレーカを介して行わせ、
系統連系用リレーへの複数回の連系指令信号の送出に拘
わらず、系統連系用リレーの接点が開放状態である場合
に、インバータ回路の停止に加えて、ブレーカへ解列指
令信号を送出して、その接点を開放させているので、商
用電力系統に対する保護が確実に行われる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の系統連系システムをその一実
施例を示す図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発
明を適用させた太陽電池を用いた系統連系システムの概
略構成図である。

【００１６】同図において、系統連系システムは、太陽
光のエネルギーを直流電力に変換する太陽電池１（本実
施例では、最適動作電圧200Ｖ，最適動作電力３ｋＷ）
から構成される直流電源１と、直流電源１の直流出力を
交流出力に電力変換して所定交流電圧を供給するインバ
ータ回路２を中心に構成されており、商用電力系統３と
連系して配電線に接続された各種家電製品などの負荷４
に対して電力を供給している。

【００１７】インバータ回路２は、ブリッジ接続された
複数のスイッチング素子から構成され、このインバータ
回路２には、後述の各種処理を行うインバータ制御部５
からパルス幅変調されたスイッチング制御信号が与えら
れる。インバータ制御部５はマイクロコンピュータから
構成されている。

【００１８】インバータ回路２と商用電力系統３との間
には、インバータ回路２の出力側から順に巻線比１：１
の絶縁トランス６、系統保護のための系統連系用リレー
（以下、リレーと略記する）７及びブレーカ８が設けら
れており、その接点を開閉して商用電力系統３に対して
連系或るいは解列する。

【００１９】ここで、リレー７は保護継電制御回路９か
らの制御信号の入力によりその接点の開閉状態が制御可
能な構成となっており、一方、ブレーカ８は保護継電制
御回路９からの制御信号の入力によりその接点が開放状
態に制御されるが、閉じる場合には手動操作によっての
み可能な構成となっている。

【００２０】次に、保護継電制御回路９及びインバータ
制御部５について説明する。保護継電制御回路９はマイ
クロコンピュータから構成されており、太陽電池１の出
力電圧を検出するアイソレーションアンプからなる第１
電圧検出手段10による検出値と、商用電力系統３との連
系点電圧を検出する変圧器（ＰＴ）からなる第２電圧検
出手段11による検出値と、インバータ回路２の出力電流
を検出する変流器（ＣＴ）からなるインバータ電流検出
手段12による検出値が入力され、それらの検出値に基づ
いて、後述するように、インバータ制御部５への起動信
号、停止信号の送出と、リレー７への連系指令信号及び
リレー７及びブレーカ８への解列指令信号の送出を行っ
ている。

【００２１】具体的には、保護継電制御回路９は、第１
電圧検出手段10により太陽電池１の出力電圧を検出し、
インバータ回路２のインバータ動作停止中に太陽電池１
の出力電圧が商用電力系統３に連系可能となる所定値
（本実施例では190Ｖに設定）以上になり、且つ第２電
圧検出手段11により検出される商用電力系統３の出力電
圧が運用規定における適正範囲（81〜114Ｖ）内である
場合には、インバータ制御部５に起動信号を送出すると
共に、リレー７に連系指令信号を送出する。一方、イン
バータ回路２のインバータ動作中に太陽電池１の出力電
圧が商用電力系統３との連系運転ができない所定値（本
実施例では160Ｖに設定）以下になった場合には、太陽
電池１の出力低下によるインバータ回路２の待機状態で
あると判断して、インバータ制御部５に停止信号を送出
すると共に、リレー７に解列指令信号を送出する。

【００２２】また、保護継電制御回路９は、第２電圧検
出手段11により商用電力系統３との連系点電圧を検出
し、連系点電圧が商用電力系統の運用規定における上記
適正範囲外となった場合には、商用電力系統３の過電圧
異常または不足電圧異常発生によるインバータ回路２の
待機状態であると判断して、インバータ制御部５に停止
信号を送出すると共に、リレー７に解列指令信号を送出
する。

【００２３】更に、保護継電制御回路９は、インバータ
電流検出手段12によりインバータ回路２の出力電流を検
出し、インバータ回路２のスイッチング素子の故障など
によってインバータ回路２から過電流（本実施例では45
Ａ以上）が発生していることを検知した場合には、イン
バータ回路２の故障状態であると判断して、インバータ
制御部５に停止信号を送出すると共に、リレー７及びブ
レーカ８に解列指令信号を送出する。

【００２４】以上のように、保護継電制御回路９ではイ
ンバータ回路２の運転条件が整っているかどうかを検出
し、インバータ回路２の待機状態であると判断された場
合にはインバータ制御部５に停止信号を送出すると共
に、リレー７に解列指令信号を送出し、インバータ回路
２の故障状態であると判断された場合にはインバータ制
御部５に停止信号を送出すると共に、リレー７及びブレ
ーカ８に解列指令信号を送出している。一方、インバー
タ回路２の連系可能状態であると判断された場合にはイ
ンバータ制御部５に起動信号を送出すると共に、リレー
７に連系指令信号を送出している。

【００２５】上記動作に加えて保護継電制御回路９で
は、リレー７の接点状態を監視し、リレー７への連系指
令信号の送出に拘わらず、リレー７の接点が開放状態で
ある場合には、所定時間経過後に再度リレー７へ連系指
令信号を送出すると共に、系統連系用リレー７へ連系指
令信号を所定回数（本実施例では３回）以上送出してい
るにも拘わらず、系統連系用リレー７の接点が開放状態
である場合には、系統連系用リレー７への連系指令信号
の送出を終了させ、ブレーカ８に解列指令信号を送出す
ると共に、システム本体に設けられた表示部（図示せ
ず）にリレー故障の旨の表示を行わせる。これにより、
系統連系用リレー７の故障や、リレー37の接点状態を検
出する信号線の断線などが発生し、復旧不可能な異常状
態となった場合には、不要な継電動作を終了させ、即座
にシステムを停止させる。

【００２６】一方、インバータ制御部５は、第１電圧検
出手段10により検出される太陽電池１の出力電圧が、太
陽電池１から最大電力が引き出される最適動作点の電圧
値Ｖrefとなり、かつ商用電力系統３との連系点電圧の
基本周波数成分と同期させた電流がインバータ回路２か
ら出力するように、パルス幅変調されたスイッチング制
御信号をインバータ回路２に与えている。従って、イン
バータ回路２と商用電力系統３との連系運転時には、商
用周波数で運転力率が１になり、且つ太陽電池１から最
大電力を引き出すようにインバータ回路２の出力電流が
制御される。

【００２７】具体的には、第１電圧検出手段10により検
出された太陽電池１の出力電圧と、予め設定された最適
動作点電圧Ｖrefとの差は差動増幅器13によって誤差信
号として増幅され、その誤差信号を乗算器14の一方の入
力信号としている。

【００２８】そして、第２電圧検出手段11により検出さ
れた連系点電圧の基本周波数成分をバンドパスフィルタ
15によって抽出し、その抽出された連系点電圧の基本周
波数成分が乗算器14の他方の入力信号として入力されて
いる。

【００２９】乗算器14では、差動増幅器13からの誤差信
号とバンドパスフィルタ15からの基本周波数成分信号と
の乗算を行って、インバータ電流の電流指令値を生成し
ている。従って、この電流指令値は商用電力系統３との
連系運転時には、系統電圧波形に同期し、太陽電池１の
出力電圧を最適動作点電圧Ｖrefに制御する値となる。

【００３０】そして、乗算器14からの電流指令値と、変
流器（ＣＴ）からなるインバータ電流検出手段12により
検出されたインバータ回路２のインバ−タ電流との差を
エラーアンプ16によって増幅し、電流誤差信号としてイ
ンバータ制御部５に入力している。

【００３１】インバータ制御部５では、エラーアンプ16
からの電流誤差信号と、20kHz程度の基準三角波信号と
を比較して、エラーアンプ16からの電流誤差信号が零に
なるようにインバータ回路２のスイッチング素子にスイ
ッチング信号を供給してインバータ回路２をＰＷＭ（パ
ルス幅変調）制御すると共に、保護継電制御回路９から
の起動信号または停止信号の入力に従い、インバータ回
路２のインバータ動作を起動または停止させている。

【００３２】次に、上記の様に構成された系統連系シス
テムにおける商用電力系統３へのインバータ回路２の連
系および解列処理について説明する。先ず、インバータ
回路２によるインバータ動作が停止中かどうかを判断し
（Ｓ１）、ＹＥＳの場合には次のステップＳ３に進み、
ＮＯの場合にはステップＳ５に進む。

【００３３】ステップＳ３では、インバータ回路２の起
動開始に先立ち、保護継電制御回路９において、太陽電
池１の出力電圧が連系運転可能な必要最低電圧値190Ｖ
以上に達したかどうかを監視し、太陽電池１の出力電圧
が190Ｖ以上に達し、且つ商用電力系統３が正常状態で
あると判断された場合には、リレー７に連系指令信号を
送出して、ステップＳ７に進む。

【００３４】そしてステップＳ７では、保護継電制御回
路９においてリレー７からの接点状態信号を読み込み、
接点状態が閉成状態か否かを検出している。そして、接
点が閉成状態の場合にはステップＳ９に進み、開放状態
の場合にはステップＳ11に進む。

【００３５】ステップＳ９では、インバータ制御部５へ
起動信号を送出して、インバータ回路２の並列運転を開
始させてステップＳ１に戻る。インバータ制御部５で
は、この起動信号の入力に従いインバータ回路２のイン
バータ動作を開始させ、システムを連系運転状態に移行
させる。

【００３６】ステップＳ11では、連系指令信号の送出を
連続して３回行ったかどうか判断し、ＹＥＳの場合には
ステップＳ13に進み、ＮＯの場合にはステップＳ15に進
む。ステップＳ13では、リレー７の異常状態であると判
断し、ブレーカ８に解列指令信号を送出してブレーカ８
の接点を開放状態とすると共に、システム本体に設けら
れた表示部にリレー異常の表示を行わせてステップＳ１
に戻る。

【００３７】ステップＳ15では、１０秒間カウントした
後ステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ１でＮＯと判
断され、ステップＳ５に進んだ場合には、保護継電制御
回路９において故障状態が検出されたかどうかを判断
し、ＹＥＳの場合にはステップＳ17に進む。

【００３８】ステップＳ17では、保護継電制御回路９か
らリレー７及びブレーカ８へ解列指令信号を送出すると
共に、インバータ制御部５へ停止信号を送出してステッ
プＳ１に戻る。

【００３９】また、ステップＳ５でＮＯと判断された場
合にはステップＳ19に進み、保護継電制御回路９におい
て待機状態が検出されたかどうか判断し、ＹＥＳの場合
にはステップＳ21に進み、ＮＯの場合にはステップＳ１
に戻る。

【００４０】ステップＳ21では、保護継電制御回路９か
らリレー７へ解列指令信号を送出すると共に、インバー
タ制御部５へ停止信号を送出してステップＳ１に戻る。
以上の処理を行わせることにより、リレー７がその異常
により復旧不可能な状態となった場合には、インバータ
回路２の起動時に不要な継電動作を続行させず、即座に
システムを停止させて異常発生の報知が行われることに
なる。

【００４１】尚、上記実施例ではインバータ制御部５と
保護継電制御回路９を別個に構成した場合について説明
したが、一つのマイクロコンピュータにより構成しても
よい。

【００４２】また、直流電源１の出力電圧及び商用電力
系統３の系統電圧の異常を検出してインバータ回路２の
待機状態であると判断しているが、この他に商用電力系
統３との連系点での周波数の低下または上昇を検出して
インバータ回路２の待機状態であると判断してもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、復旧不
可能な系統連系用リレーの異常発生によって、系統連系
用リレーへの複数回の連系指令信号の送出に拘わらず、
系統連系用リレーの接点が開放状態である場合には、保
護継電制御回路による継電動作を終了させて即座にシス
テムを停止させるので、インバータ回路の起動時に不要
な継電動作が続行されず、異常箇所の早期補修を可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の系統連系システムの概略構成図であ
る。

【図２】本発明の系統連系システムの処理動作内容を説
明するフローチャートである。

【図３】従来の系統連系システムの概略構成図である。

【符号の説明】

１、31 太陽電池（直流電源） ２ インバータ回路 ３、36 商用電力系統 ４、35 負荷 ５ インバータ制御部 ６、33 絶縁トランス ７、37 系統連系用リレー ８、34 ブレーカ ９ 保護継電制御回路 10 第１電圧検出手段 11 インバータ電流検出手段 12 第２電圧検出手段 13 差動増幅器 14 乗算手段 15 バンドパスフィルタ 16 エラーアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｈ 3/06 Ｈ０２Ｊ 3/06 9470−5Ｇ 3/38 Ｑ 9470−5Ｇ Ｒ 9470−5Ｇ (72)発明者 前川 正弘 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源から発生する直流電力を交流電力
   に変換するインバータ回路を系統連系用リレーを介して
   商用電力系統に連系し、負荷に電力を供給する系統連系
   システムにおいて、 インバータ回路の運転条件が整っている場合に系統連系
   用リレーへ連系指令信号を送出してその接点を閉成状態
   とすると共に、系統連系用リレーの接点状態を検出し、
   その接点が前記連系指令信号の送出に拘わらず、開放状
   態の場合に所定時間経過後に再度系統連系用リレーへ連
   系指令信号を送出する保護継電制御回路を備え、 前記保護継電制御回路は、系統連系用リレーへの複数回
   の連系指令信号の送出に拘わらず、系統連系用リレーの
   接点が開放状態である場合にはインバータ回路を起動さ
   せないことを特徴とする系統連系システム。
2. 【請求項２】前記保護継電制御回路は、直流電源の出力
   電圧が一定電圧値以上となった場合または商用電力系統
   との連系点電圧が一定範囲内となった場合に、インバー
   タ回路の運転条件が整っていると判断して、系統連系用
   リレーに連系指令信号を送出することを特徴とする請求
   項１記載の系統連系システム。
3. 【請求項３】系統連系用リレーと商用電力系統との間に
   ブレーカが設けられており、 前記保護継電制御回路は、系統連系用リレーへの複数回
   の連系指令信号の送出に拘わらず、系統連系用リレーの
   接点が開放状態である場合に、前記ブレーカへ解列指令
   信号を送出して、該ブレーカの接点を開放させることを
   特徴とする請求項１または２記載の系統連系システム。