JPH09322555A - 系統連系システム - Google Patents

系統連系システム

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JPH09322555A
JPH09322555A JP8135369A JP13536996A JPH09322555A JP H09322555 A JPH09322555 A JP H09322555A JP 8135369 A JP8135369 A JP 8135369A JP 13536996 A JP13536996 A JP 13536996A JP H09322555 A JPH09322555 A JP H09322555A
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JP
Japan
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inverter
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inverter main
output
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JP8135369A
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Keiji Kishimoto
圭司 岸本
Masahiko Hashimoto
昌彦 橋本
Masahiro Maekawa
正弘 前川
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52Outage or fault management, e.g. fault detection or location

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  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連系運転時に、インバータ主回路の開放によ
る故障の有無を診断して、故障発生時には即座に商用電
力系統から解列し、故障個所の復旧を行うことができる
系統連系システムを提供する。 【解決手段】 開閉手段12、13と、インバータ電流
検出手段16と、その出力電流が制御電流値となるよう
にインバータ主回路2を駆動制御するインバータ制御手
段18と、インバータ制御手段18による駆動制御に拘
わらず、インバータ主回路2の出力電流が制御電流値に
制御できない場合には、インバータ主回路2の故障発生
と判断する故障自己診断手段22と、故障自己診断手段
22によって故障が発生したと判断した場合に、開閉手
段12、13を開放させてインバータ主回路2を商用電
力系統3から解列させる保護機能処理手段21を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池などの直
流電源から得られる直流出力を交流出力に変換して商用
電力系統へ逆潮流する系統連系システムに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、太陽電池からなる直流電源を用い
た数kWの比較的小容量の分散電源設備をインバータ回
路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が種々提案されている。図3は、従
来の系統連系システムの概略構成図である。
【0003】図において、31は太陽光のエネルギーを
直流電圧に直接変換する太陽電池素子が多数個直並列に
接続された太陽電池であり、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
タ主回路であり、太陽電池31からの直流出力は、イン
バータ主回路32によって交流に変換された上、ACリ
レーやブレーカなどの開閉手段33を経て負荷34およ
び商用電力系統35に供給される。ここで、インバータ
主回路32は、インバータ制御回路36によって動作が
制御されている。
【0004】そして、インバータ主回路32として、最
近では絶縁トランスの小型軽量化を図るために高周波ト
ランスを使用した高周波リンク方式のインバータ主回路
が用いられることがある。
【0005】この高周波リンク方式のインバータ主回路
32は、太陽電池31の直流出力に20〜40kHzの
高周波のスイッチングによるパルス幅変調を施す高周波
プッシュプル回路37を備え、その後段に、絶縁のため
の高周波トランス38の2次側から得られる出力パルス
は、整流回路39、フルブリッジ折り返し回路40及び
フィルター回路41を経て、系統周波数の正弦波に変換
された後、商用電力系統35に連系される。
【0006】このインバータ主回路32を起動する際に
は、先ず、開閉手段33をオンとした後、高周波プッシ
ュプル回路37及びフルブリッジ折り返し回路40へ駆
動信号を供給して、両回路を動作させる。これによっ
て、太陽電池31からの直流電力が系統周波数の交流電
力に変換されて、商用電力系統35に連系されることに
なる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、インバータ
主回路32を構成する素子が短絡の故障を起こしている
状態で、開閉手段33をオンすると、その瞬間に、商用
電力系統35側からフィルター回路41及びフルブリッ
ジ折り返し回路40へ過電流が流れ込み、インバータ制
御回路36の過電流保護機能によって、インバータ主回
路32が待機状態となりインバータ主回路32の故障発
生を確認できる。
【0008】しかしながら、インバータ主回路32を構
成する素子が開放の故障を起こしている場合には、イン
バータ主回路32からの出力が零、若しくは殆ど得られ
ない状態となるが、従来のインバータ制御回路36では
連系時に、その過電流保護機能などによって故障発生を
検出することができず、インバータ主回路32の故障箇
所が一向に復旧されないという事態を招いていた。
【0009】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、インバータ主回路を商用電力系統に連系運転
している際に、インバータ主回路の開放による故障の有
無を診断して、故障発生時には即座に商用電力系統から
解列し、故障個所の復旧を行うことができる系統連系シ
ステムを提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る系統連系シ
ステムは、インバータ主回路を商用電力系統に連系また
は解列させる開閉手段と、前記インバータ主回路の出力
電流を検出するインバータ電流検出手段と、その出力電
流が制御電流値となるように前記インバータ主回路を駆
動制御するインバータ制御手段と、該インバータ制御手
段による駆動制御に拘わらず、前記インバータ主回路の
出力電流が前記制御電流値に制御できない場合には、該
インバータ主回路の故障発生と判断する故障自己診断手
段と、該故障自己診断手段によって故障が発生したと判
断した場合に、前記開閉手段を開放させて前記インバー
タ主回路を商用電力系統から解列させる保護機能処理手
段を備えている。
【0011】この構成を用いることにより、連系運転時
にインバータ主回路の開放による故障の有無を診断し
て、故障発生時には即座にンバータ主回路を商用電力系
統から解列させる。
【0012】また、好ましくは、インバータ主回路は、
直流電源の出力に系統周波数よりも高いスイッチング周
波数によってパルス幅変調を施す一次側インバータ回路
と、一次側インバータ回路の出力パルスを系統周波数の
正弦波に変換して商用電力系統に連系する二次側インバ
ータ回路と、一次側インバータ回路と二次側インバータ
回路の間に介在する絶縁トランスとから構成されてい
る。
【0013】この構成を用いることにより、一次側イン
バータ回路若しくは二次側インバータ回路のいずれかに
おいて回路素子の開放故障が発生したとしても、即座に
故障発生を検出することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の系統連系システム
の一実施の形態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。
【0015】同図において、本発明の系統連系システム
は、太陽光のエネルギーを直流電力に変換する複数個の
太陽電池素子を直並列に接続して構成された直流電源と
しての太陽電池1(本実施形態では、最適動作電圧20
0V,最適動作電力3kW)と、その太陽電池1の直流
電力を交流電力に電力変換して所定交流電圧を供給する
インバータ主回路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。
【0016】インバータ主回路2は、太陽電池1からの
直流電力を入力するための一対の直流入力端子5、5
と、商用電力系統3へ供給すべき交流電力を取り出すた
めの一対の交流出力端子6、6との間に、高周波プッシ
ュプル回路7、高周波トランス8、整流回路9、フルブ
リッジ折り返し回路10、フィルター回路11を直列に
接続して構成されている。また、インバータ主回路2と
商用電力系統3との間には、インバータ主回路2を商用
電力系統3に連系または解列させる開閉手段としてのA
Cリレー12及びブレーカ13が設けられている。
【0017】また、直流入力端子5から高周波プッシュ
プル回路7へ至る線路には直流電流検出手段14及び直
流電圧検出手段(アイソレーションアンプ)15が設け
られ、フィルター回路11から交流出力端子6へ至る線
路にはインバータ電流検出手段16及びインバータ電圧
検出手段17が設けられている。
【0018】そして、直流電圧検出手段15で検出され
る太陽電池電圧Vnと、直流電流検出手段14で検出さ
れる太陽電池電流Inと、インバータ電圧検出手段17
で検出されるインバータ出力電圧Saと、インバータ電
流検出手段16で検出されるインバータ出力電流Sb
は、マイクロコンピュータから構成される主制御回路
(インバータ制御手段)18へ供給され、これによって
電流指令値(制御電流値)Ioが作成される。この電流
指令値Ioは、デジタルシグナルプロセッサから構成さ
れるPWM制御回路19へ供給され、これによって高周
波プッシュプル回路7を構成するスイッチング素子G
1、G2に対する駆動信号と、フルブリッジ折り返し回
路10を構成するスイッチング素子S1〜S4に対する
駆動信号が作成される。
【0019】図2(a)〜(e)は、太陽電池1からの
直流電力が上記インバータ主回路2によって交流電力に
変換される過程の信号処理の様子を表している。即ち、
図2(a)に示す直流電力が、高周波プッシュプル回路
7によってスイッチング周波数20〜40kHzのPW
M制御を受けることにより、図2(b)に示す変調パル
スが作成される。該変調パルスは、整流回路9によって
図2(c)の如く整流された後、フルブリッジ折り返し
回路10によって、同図(d)の如く系統周波数(50
Hz又は60Hz)に応じたスイッチング周波数の折り
返し処理を受け、更にフィルター回路11を経て、図2
(e)に示す系統周波数の交流電力に変換されるのであ
る。
【0020】図1に示す主制御回路18は、太陽電池1
の動作点を最大電力の得られる最適動作点に向けて段階
的に変化せしめる最大電力点追尾機能を有している。即
ち、インバータ主回路2の出力電圧Sa及び出力電流S
bから出力電力を算出すると共に、動作電圧を規定する
ための電圧指令値を微小量だけ増減させて、出力電力の
増減を判定し、出力電力が増加する方向にインバータ出
力電流の電流指令値(制御電流値)Ioを変化させて、
太陽電池の動作点を段階的に最適動作点へ近づけるので
ある。
【0021】また、主制御回路18は、保護機能処理部
(保護機能処理手段)21及び故障自己診断処理部(故
障自己診断手段)22を備えており、故障自己診断処理
部22は、インバータ主回路2が商用電力系統3に対し
て連系運転時に、主制御回路18による駆動制御に拘わ
らず、インバータ電流検出手段16で検出されるインバ
ータ出力電流Sbが電流指令値Ioに追従制御されてい
るかどうかにより、回路素子の故障(開放)の有無を自
己診断するものである。保護機能処理部21は、故障自
己診断処理部22による診断結果に応じて、故障が発生
しているときには、即座にACリレー12及びブレーカ
13へ解列信号を送出して両開閉手段12、13を開放
させると共に、PWM制御回路19に停止信号を送出し
て高周波プッシュプル回路7及びフルブリッジ折り返し
回路10へ供給すべき駆動信号にゲートブロックを施
し、インバータ主回路2の動作を停止させるものであ
る。具体的には、インバータ電流検出手段16で検出さ
れるインバータ出力電流Sbが電流指令値Ioの1/2
以下となる状態が一定時間(1秒間に設定)以上継続し
た場合に、故障自己診断処理部22では開放故障と判断
している。
【0022】これにより、インバータ主回路2を商用電
力系統3に連系運転している際に、回路素子の開放故障
の有無を診断して、故障発生時には即座に商用電力系統
3から解列し、故障個所の復旧を行うことが可能とな
る。
【0023】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説
明するものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或いは範囲を縮減するように解すべきではない。
また、本発明の各構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々変形可能であ
る。例えば、上記実施の形態では、インバータ主回路と
して、高周波リンク方式のインバータ回路を用いた場合
について説明したが、この他に、低周波トランスを用い
る低周波リンク方式のインバータ回路、或いは絶縁トラ
ンスを省略したトランスレスインバータ回路においても
適用可能であることは言うまでもない。
【0024】また、インバータ制御手段18、保護機能
処理手段21、故障自己診断手段22を同一のマイクロ
コンピュータで構成した場合について説明したが、これ
らを別個の構成としても構わない。
【0025】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、インバ
ータ主回路の連系運転時に回路素子の開放故障の有無を
診断して、故障発生時には即座にインバータ主回路を商
用電力系統から解列し、故障個所の復旧を行うことが可
能となる。
【0026】従って、直流電源の発電電力の有効利用
と、システムのメンテナンス性の向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による系統連系システムの
概略構成図である。
【図2】高周波リンク方式のインバータ主回路における
信号変換の過程を表す波形図である。
【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 太陽電池 2 インバータ主回路 3 商用電力系統 4 負荷 5 インバータ制御部 12 ACリレー 13 ブレーカ 16 インバータ電流検出手段 18 主制御回路(インバータ制御手段) 19 PWM制御回路 21 保護機能処理手段 22 故障自己診断手

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電源からの直流出力を所定電圧の交流
    出力に変換して出力するインバータ主回路を商用電力系
    統に連系する系統連系システムにおいて、 前記インバータ主回路を商用電力系統に連系または解列
    させる開閉手段と、 前記インバータ主回路の出力電流を検出するインバータ
    電流検出手段と、 その出力電流が制御電流値となるように前記インバータ
    主回路を駆動制御するインバータ制御手段と、 該インバータ制御手段による駆動制御に拘わらず、前記
    インバータ主回路の出力電流が前記制御電流値に制御で
    きない場合には、該インバータ主回路の故障発生と判断
    する故障自己診断手段と、 該故障自己診断手段によって故障が発生したと判断した
    場合に、前記開閉手段を開放させて前記インバータ主回
    路を商用電力系統から解列させる保護機能処理手段を備
    えていることを特徴とする系統連系システム。
  2. 【請求項2】インバータ主回路は、直流電源の出力に系
    統周波数よりも高いスイッチング周波数によってパルス
    幅変調を施す一次側インバータ回路と、一次側インバー
    タ回路の出力パルスを系統周波数の正弦波に変換して商
    用電力系統に連系する二次側インバータ回路と、一次側
    インバータ回路と二次側インバータ回路の間に介在する
    絶縁トランスとから構成されている請求項1記載の系統
    連系システム。
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