JPH0974685A

JPH0974685A - 系統連系電源装置

Info

Publication number: JPH0974685A
Application number: JP7248703A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yugou; 政樹湯郷; Kazuhisa Otagaki; 和久太田垣; Yasuhiro Makino; 康弘牧野; Masahiro Maekawa; 正弘前川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】系統連系電源装置の独立運転モードにおい
て、急激な家庭内負荷の変動に伴って発生する瞬間的な
過電流の発生を未然に防止し、直流電源を有効に利用す
る。【解決手段】瞬時過電流保護回路７において、ＣＴ20
により検出された電流検出信号は、過電流検出回路71に
入力される。該過電流検出回路71は、保護回路21のしき
い値よりも小さいしきい値を有し、前記電流検出信号が
該しきい値を越えたときにこれを検出し、該検出信号を
タイマー72へ供給する。タイマー72は、入力された検出
信号に基づいて、一定期間だけローとなるＰＷＭオン／
オフ信号Ｓ３を作成し、ＡＮＤ回路８へ供給する。ＡＮ
Ｄ回路８から出力されるＰＷＭスイッチング信号Ｓ４
は、インバータ２へ供給される。この結果、前記一定期
間だけ、インバータ２の出力電圧は０に低下し、急激な
家庭内負荷の変動に伴って発生する瞬間的な過電流が抑
制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等の直流
電源を、インバータを介して商用電力系統へ連系する系
統連系電源装置に関し、特に、商用系統に何らかの事故
が発生して、通常運転を停止したときに、直流電源の発
生電力を家庭内負荷にのみ供給する独立運転の可能な系
統連系電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池に代表される直流の新エ
ネルギー源を各家庭や工場或いは地域に設置すると共
に、電力会社の商用電力系統へ連系し、新エネルギー源
の余剰電力は商用電力系統へ逆潮流する系統連系電源装
置が実用化されている。

【０００３】図３は従来の系統連系電源装置の構成を表
わしている。太陽電池からなる直流電源(１)はインバー
タ(２)を介して商用電力系統(６)に連系されており、イ
ンバータ(２)と商用電力系統(６)の間には、インバータ
(２)の出力電圧を目標出力電圧に昇圧すべき昇圧トラン
ス(３)と、商用電力系統(６)に対する連系運転を停止す
る際に開放すべき連系切り離し用ブレーカ(５)が介在す
ると共に、インバータ(２)と連系切り離し用ブレーカ
(５)の間には家庭内負荷(４)が接続されている。インバ
ータ(２)にはＰＷＭ制御回路(25)が接続されている。

【０００４】ＰＷＭ制御回路(25)は、インバータ(２)の
スイッチング素子(図示省略)をオン／オフ制御するＰＷ
Ｍパルス信号Ｓ２を作成し、インバータ(２)のスイッチ
ング素子へ供給することによって、インバータ(２)を駆
動制御している。又、インバータ(２)の出力端には、イ
ンバータ(２)から出力される交流の電流を検出するＣＴ
(23)が設けられ、ＣＴ(23)から得られる電流検出信号
は、保護回路(24)へ供給される。保護回路(24)は、イン
バータ(２)における定格出力電流値(実効値)の例えば１
５０％をしきい値とし、電流検出信号が該しきい値を越
えないときはオン、越えたときはオフとなるゲートブロ
ック信号Ｓ１を作成し、ＰＷＭ制御回路(25)へ供給す
る。この結果、ＰＷＭ制御回路(25)においては、インバ
ータ(２)へ供給すべきＰＷＭパルス信号Ｓ２にゲートブ
ロック信号Ｓ１によるゲート制御がかけられ、ゲートブ
ロック信号Ｓ１がオフのときはＰＷＭパルス信号Ｓ２の
送出が停止される。これによって、インバータ(２)は停
止することとなり、異常発生に対する保護が図られる。

【０００５】上記従来の系統連系電源装置は、災害や落
雷等によって商用電力系統に停電が発生したとき、家庭
内負荷への電力の供給と、太陽電池の発生電力の有効利
用を図るため、連系切り離し用ブレーカ(５)によって商
用電力系統に対する連系を切り離した状態で、インバー
タを独立運転させることが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、独立運転モ
ードにおいては、インバータ(２)が頻繁に停止する問題
があった。以下、その原因につき、図４に基づいて説明
する。図４は、図３の装置における独立運転モードでの
各点の電気的状態量の変化を表わし、具体的には夫々、
(ａ)はインバータの出力電圧Ｖ1の波形、(ｂ)はインバ
ータの出力電流Ｉ1の波形、(ｃ)は保護回路から出力さ
れるゲートブロック信号Ｓ１の波形、(ｄ)はＰＷＭ制御
回路から出力されるＰＷＭパルス信号Ｓ２の波形を表わ
している。ここで、ＰＷＭパルス信号Ｓ２は、本来、パ
ルス信号であるが、同図(ｄ)では便宜上、直流信号に模
式化して表わしている。独立運転モードにおいて、電気
機器等の電源をオン／オフすると、その急激な家庭内負
荷の変動に起因して、図４(ａ)の如く、インバータ(２)
の出力電圧Ｖ1には直流成分(ＤＣ成分)が重畳される。
該直流成分が大きくなると、ヒステリシス特性により昇
圧トランス(３)の鉄心が直流励磁されて、昇圧トランス
(３)のコアの磁束が飽和することになる。この結果、同
図(ｂ)の如く、瞬間的に過電流が流れ、保護回路(24)の
しきい値を越えることとなる。このとき、保護回路(24)
は、インバータ(２)の出力電流Ｉ1がしきい値を越えた
時点ｔ1で、同図(ｃ)の如く、ゲートブロック信号Ｓ１
をオンからオフとして、ＰＷＭ制御回路(24)へ供給す
る。ＰＷＭ制御回路(24)は、同図(ｄ)の如く、インバー
タ(２)の出力電流Ｉ1が保護回路(24)のしきい値を越
え、前記ゲートブロック信号Ｓ１がオンからオフとされ
た時点ｔ1で、ＰＷＭパルス信号Ｓ２の送出を停止す
る。これによって、インバータ(２)は家庭内負荷(４)が
変動する度に停止することとなる。

【０００７】この様に、従来の系統連系電源装置におい
ては、急激な家庭内負荷(４)の変動に伴って発生する瞬
間的な過電流により保護回路が動作し、直流電源(１)か
ら家庭内負荷(４)へ至る系統に異常がないにも拘わらず
インバータは停止することとなり、直流電源を有効に利
用することが出来ない問題があった。本発明の目的は、
独立運転モードにおいて、急激な家庭内負荷の変動に伴
って発生する瞬間的な過電流の発生を未然に防止し、直
流電源を有効に利用することが出来る系統連系電源装置
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る系統連系電源
装置は、直流電源がインバータを介して商用電力系統に
連系され、インバータと商用電力系統の間には連系切り
離し装置が介在する。又、インバータと連系切り離し装
置の間に家庭内負荷が接続されると共に、インバータの
出力電流値が所定の基準範囲を逸脱したときにインバー
タの運転を停止するための保護回路と、インバータを駆
動制御する制御回路とを具え、家庭内負荷及び商用電力
系統へ同時に交流電力の供給が可能な通常運転モード
と、商用電力系統から解列された状態で家庭内負荷にの
み交流電力を供給する独立運転モードの２つのモード間
で切換え運転が可能である。

【０００９】そして、該系統連系電源装置の特徴的構成
は、独立運転モードにて、前記保護回路が動作すべき基
準範囲よりも狭い第２基準範囲を有し、インバータの出
力電流値が第２基準範囲を逸脱したときにこれを検出す
る検出手段と、前記制御回路からインバータに供給され
る駆動信号を、前記逸脱時から家庭内負荷の変動に伴う
瞬間的な過電流の発生を阻止し得る所定の一定期間だ
け、無効化する無効化手段とを具えている。

【００１０】上記本発明の系統連系電源装置において、
インバータから得られる出力電流は検出手段によってそ
の瞬時値が検出される。検出手段は、該出力電流値が第
２基準範囲を逸脱したときにこれを検出し、該検出信号
を無効化手段へ供給する。無効化手段は、制御回路から
インバータに供給される駆動信号を、前記逸脱時から前
記一定期間だけ無効化する。この結果、インバータの出
力電圧は瞬間的に低下する。

【００１１】この様に、インバータの出力電流値が、検
出手段の第２基準範囲を逸脱した時点で、インバータの
出力電圧を瞬間的に低下させるので、それ以上の過電流
は流れず、急激な家庭内負荷の変動により保護回路が動
作することはない。従って、直流電源から家庭内負荷へ
至る系統に異常がないにも拘わらずインバータが停止す
ることはなく、直流電源を有効に利用することが出来
る。

【００１２】具体的には、制御回路は、ＰＷＭパルス信
号をインバータへ供給するＰＷＭ制御回路であって、無
効化手段は、検出手段からの検出信号に基づいて前記一
定期間、ＰＷＭオフ信号を作成する信号作成手段と、信
号作成手段から得られるＰＷＭオフ信号に従って前記Ｐ
ＷＭパルス信号の通過を阻止するゲート回路とを具えて
いる。

【００１３】ＰＷＭ制御回路は、インバータのスイッチ
ング素子をオン／オフ制御するＰＷＭパルス信号を作成
し、インバータのスイッチング素子へ供給することによ
って、インバータを駆動制御している。一方、検出手段
から出力された検出信号は、先ず、信号作成手段へ供給
される。信号作成手段は、該検出信号に基づいて前記一
定期間、ＰＷＭオフ信号を作成し、ゲート回路へ供給す
る。ゲート回路は、通常は開放状態で前記ＰＷＭ制御回
路からのＰＷＭパルス信号を通過させるが、前記ＰＷＭ
オフ信号が入力されると、これに従って閉じ、ＰＷＭパ
ルス信号の通過を阻止する。これによって、インバータ
の出力電圧は瞬間的に低下することとなる。

【００１４】又、具体的には、第２基準範囲は、インバ
ータの出力電流の定格値の１２０乃至１４０％である。

【００１５】第２基準範囲が狭すぎると、軽微な過電流
によってもインバータの出力電圧が低下することとな
り、これに対し、広すぎると、急激な家庭内負荷の変動
に伴って発生する瞬間的な過電流を抑制しきれず、保護
回路が動作してインバータが停止してしまう虞れがあ
る。従って、第２基準範囲を上記具体的範囲とすること
で、前記過電流を効果的に抑制することが出来る。

【００１６】更に、具体的には、前記一定期間は、１乃
至５ｍｓｅｃである。

【００１７】前記一定期間を上記具体的範囲とすること
で、家庭内負荷として接続されている電気機器等の動作
に支障を与えず、且つ、急激な家庭内負荷の変動に伴っ
て発生する瞬間的な過電流を効果的に抑制することが出
来る。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る系統連系電源装置によれ
ば、独立運転モードにおいて、急激な家庭内負荷の変動
に伴って発生する瞬間的な過電流の発生を未然に防止
し、直流電源を有効に利用することが出来る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。図１に示す如く、
太陽電池等からなる直流電源(１)は、インバータ(２)を
介して商用電力系統(６)へ連系され、インバータ(２)と
商用電力系統(６)の間には、インバータ(２)の出力電圧
を目標出力電圧に昇圧すべき昇圧トランス(３)と、商用
電力系統(６)に対する通常運転を停止する際に開放すべ
き連系切り離し用ブレーカ(５)が介在すると共に、イン
バータ(２)と連系切り離し用ブレーカ(５)の間に家庭内
負荷(４)が接続されている。インバータ(２)は、ＰＷＭ
制御回路(22)によって駆動制御されている。

【００２０】又、インバータ(２)の出力端には、インバ
ータ(２)から出力される交流の電流を検出するＣＴ(20)
が設けられ、該ＣＴ(20)から得られる電流検出信号は、
保護回路(21)へ供給されると共に、瞬時過電流保護回路
(７)へ供給される。

【００２１】保護回路(21)は、インバータ(２)の定格出
力電流値(実効値)の１５０％をしきい値とし、前記電流
検出信号が該しきい値を越えないときはオン、越えたと
きはオフとなるゲートブロック信号Ｓ１を作成し、ＰＷ
Ｍ制御回路(22)へ供給する。ＰＷＭ制御回路(22)は、イ
ンバータ(２)のスイッチング素子をオン／オフ制御する
ためのＰＷＭパルス信号Ｓ２を作成し、保護回路(21)か
らのゲートブロック信号Ｓ１がオンのときにはＰＷＭパ
ルス信号Ｓ２を送出し、オフのときにはＰＷＭパルス信
号Ｓ２の送出を停止する。

【００２２】一方、瞬時過電流保護回路(７)において
は、前記電流検出信号は先ず、過電流検出回路(71)に入
力される。過電流検出回路(71)は、保護回路(21)のしき
い値よりも小さいしきい値を有し、前記電流検出信号の
絶対値が該しきい値を越えたときにこれを検出し、該検
出信号をタイマー(72)へ供給する。例えば、過電流検出
回路(71)のしきい値は、インバータの定格出力電流値
(実効値)の１２０乃至１４０％に設定される。タイマー
(72)は、入力された検出信号に基づいて、該検出信号の
立ち上がり時点から一定期間だけハイからローに切り替
わるＰＷＭオン／オフ信号Ｓ３を作成し、ＡＮＤ回路
(８)へ向けて送出する。例えば、前記一定期間は１乃至
５ｍｓｅｃに設定される。ＡＮＤ回路(８)は、瞬時過電
流保護回路(７)から入力されるＰＷＭオン／オフ信号
と、ＰＷＭ制御回路(22)から入力されるＰＷＭパルス信
号Ｓ２の論理積をとることによって、ＰＷＭパルス信号
Ｓ２の通過をオン／オフするゲート回路を構成する。即
ち、ＰＷＭオン／オフ信号Ｓ３がハイのときは、ＰＷＭ
パルス信号Ｓ２を通過させ、ＰＷＭオン／オフ信号Ｓ３
がローのときは、ＰＷＭパルス信号Ｓ２の通過を阻止す
るのである。

【００２３】又、タイマー(72)とＡＮＤ回路(８)の間に
は、第２モード切換えスイッチ(73)が介在し、モード切
換え回路(９)によって制御されている。通常運転モード
から独立運転モードへ切換えるべく第１モード切換えス
イッチ(91)がオン操作されると、第１電圧源(92)からモ
ード切換え回路(９)へハイ信号が供給される。これに応
じてモード切換え回路(９)は、第２スイッチ制御信号及
びブレーカ制御信号を作成して、夫々第２切換えスイッ
チ(73)及び連系切り離し用ブレーカ(５)へ供給する。こ
れによって、第２モード切換えスイッチ(73)は、端子ｂ
から端子ａに切換えられる。一方、連系切り離し用ブレ
ーカ(５)は、通常運転モードでの閉成状態から開放さ
れ、独立運転モードが設定される。

【００２４】独立運転モードの設定により、第２モード
切換えスイッチ(73)が端子ａに接続されているときは、
前記タイマー(72)から送出されるＰＷＭオン／オフ信号
Ｓ３と、ＰＷＭ制御回路(22)から送出されるＰＷＭパル
ス信号Ｓ２が、ＡＮＤ回路(８)へ供給される。一方、通
常運転モードの設定により、第２モード切換えスイッチ
(73)が端子ｂに接続されているときは、第２電圧源(74)
からのハイ信号と、前記ＰＷＭパルス信号Ｓ２が、ＡＮ
Ｄ回路(８)へ供給される。

【００２５】この結果、通常運転モードにおいては、常
にＰＷＭパルス信号Ｓ２と同一のＰＷＭスイッチング信
号Ｓ４が、ＡＮＤ回路(８)からインバータ(２)のスイッ
チング素子(図示省略)へ供給される。これによって、イ
ンバータ(２)のスイッチング素子はオン／オフ制御さ
れ、インバータ(２)の出力端から交流の出力が得られる
こととなる。一方、独立運転モードにおいては、前述し
たＡＮＤ回路(８)のゲート開閉動作によって、ＰＷＭオ
ン／オフ信号Ｓ３がハイのときはＰＷＭパルス信号Ｓ２
と同一となり、ＰＷＭオン／オフ信号Ｓ３がローのとき
はその期間だけローレベルを維持するＰＷＭスイッチン
グ信号Ｓ４が作成され、インバータ(２)のスイッチング
素子へ供給される。

【００２６】次に、上記系統連系電源装置における独立
運転モードでの動作を具体的に説明する。図２は、図１
の装置における独立運転モードでの各点の電気的状態量
の変化を表わし、具体的には夫々、(ａ)はインバータの
出力電圧Ｖ1の波形、(ｂ)はインバータの出力電流Ｉ1の
波形、(ｃ)は保護回路から出力されるゲートブロック信
号Ｓ１の波形、(ｄ)はＰＷＭ制御回路から出力されるＰ
ＷＭパルス信号Ｓ２の波形、(ｅ)はタイマーから出力さ
れるＰＷＭオン／オフ信号Ｓ３の波形、(ｆ)はＡＮＤ回
路から出力されるＰＷＭ制御信号Ｓ４の波形を表わして
いる。ここで、ＰＷＭパルス信号Ｓ２及びＰＷＭスイッ
チング信号Ｓ４は、本来、パルス信号であるが、同図
(ｄ)及び(ｆ)では便宜上、直流信号に模式化して表わし
ている。独立運転モードにおいて、電気機器等の電源の
オン／オフにより、急激に家庭内負荷(４)が変動したと
き、図２(ａ)の如く、インバータ(２)の出力電圧Ｖ1に
直流成分(ＤＣ成分)が重畳され、同図(ｂ)の如く、瞬間
的に電流が上昇する。

【００２７】ここで、過電流検出回路(71)は、インバー
タ(２)の出力電流Ｉ1がしきい値を越えた時点ｔ1でこれ
を検出し、該検出信号をタイマー(72)へ供給する。タイ
マー(72)は、同図(ｅ)の如く、ｔ1の時点から一定時間
経過後のｔ2の時点までローとなるＰＷＭオン／オフ信
号Ｓ３を作成して、ＡＮＤ回路(８)へ向けて送出する。
独立運転モードにおいて、第２モード切換えスイッチ(7
3)は端子ａに接続されているので、該ＰＷＭオン／オフ
信号Ｓ３は、第２モード切換えスイッチ(73)を経て、Ａ
ＮＤ回路(８)へ供給される。

【００２８】一方、保護回路(21)においては、ｔ1の時
点では、インバータ(２)の出力電流Ｉ1はしきい値を越
えておらず、保護回路(21)は、同図(ｃ)の如く、ゲート
ブロック信号Ｓ１をそのままオンとして、ＰＷＭ制御回
路(22)へ供給する。従って、ＰＷＭ制御回路(22)は、同
図(ｄ)の如く、ＰＷＭパルス信号Ｓ２を継続的にＡＮＤ
回路(８)へ供給する。

【００２９】ＡＮＤ回路(８)は、ＰＷＭパルス信号Ｓ１
及びＰＷＭオン／オフ信号Ｓ３に基づいて、同図(ｆ)の
如く、ＰＷＭオン／オフ信号Ｓ３がローとなるｔ1時点
からｔ2時点の一定期間だけローレベルを維持するＰＷ
Ｍスイッチング信号Ｓ４を作成し、インバータ(２)のス
イッチング素子へ供給する。この結果、インバータ(２)
の出力電圧Ｖ1は、同図(ａ)の如く、インバータ(２)の
出力電流Ｉ1が過電流検出回路(71)のしきい値を越えた
ｔ1時点から急激に０まで低下し、一定時間経過後のｔ2
時点で立ち上がる。この結果、インバータ(２)の出力電
流Ｉ1は、同図(ｂ)の如くｔ1時点から低下し、保護回路
(21)のしきい値を越えることはない。

【００３０】この様に、過電流検出回路(71)のしきい値
が、保護回路(21)が動作すべきしきい値よりも小さく設
定され、インバータ(２)の出力電流Ｉ1が過電流検出回
路(71)のしきい値を越えた時点で、インバータ(２)の出
力電圧を瞬間的に低下させるので、それ以上の過電流は
流れず、急激な家庭内負荷の変動により保護回路が動作
することはない。従って、直流電源(１)から家庭内負荷
(４)へ至る系統に異常がないにも拘わらずインバータが
停止することはなく、直流電源を有効に利用することが
出来る。尚、上記の瞬間的な電圧低下が、電気機器の動
作に支障を与えることはない。

【００３１】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部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の変形が可能で
あることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る系統連系発電装置の構成を表わす
ブロック図である。

【図２】該装置の独立運転モードにおける動作を表わす
波形図である。

【図３】従来の系統連系発電装置の構成を表わすブロッ
ク図である。

【図４】該装置の独立運転モードにおける動作を表わす
波形図である。

【符号の説明】

(１) 直流電源 (２) インバータ (６) 商用電力系統 (７) 瞬時過電流保護回路 (８) ＡＮＤ回路 (21) 保護回路 (22) ＰＷＭ制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源がインバータを介して商用電力
系統に連系され、インバータと商用電力系統の間には連
系切り離し装置が介在し、インバータと連系切り離し装
置の間に家庭内負荷が接続されると共に、インバータの
出力電流値が所定の基準範囲を逸脱したときにインバー
タの運転を停止するための保護回路と、インバータを駆
動制御する制御回路とを具え、家庭内負荷及び商用電力
系統へ同時に交流電力の供給が可能な通常運転モード
と、商用電力系統から解列された状態で家庭内負荷にの
み交流電力を供給する独立運転モードの２つのモード間
で切換え運転が可能な系統連系電源装置において、独立運転モードにて、前記保護回路が動作すべき基準範
囲よりも狭い第２基準範囲を有し、インバータの出力電
流値が第２基準範囲を逸脱したときにこれを検出する検
出手段と、前記制御回路からインバータに供給される駆動信号を、
前記逸脱時から家庭内負荷の変動に伴う瞬間的な過電流
の発生を阻止し得る所定の一定期間だけ、無効化する無
効化手段とを具えたことを特徴とする系統連系電源装
置。
【請求項２】制御回路は、ＰＷＭパルス信号をインバ
ータへ供給するＰＷＭ制御回路であって、無効化手段
は、検出手段からの検出信号に基づいて前記一定期間、
ＰＷＭオフ信号を作成する信号作成手段と、信号作成手
段から得られるＰＷＭオフ信号に従って前記ＰＷＭパル
ス信号の通過を阻止するゲート回路とを具えている請求
項１に記載の系統連系電源装置。
【請求項３】第２基準範囲は、インバータの出力電流
の定格値の１２０乃至１４０％である請求項１又は請求
項２に記載の系統連系電源装置。
【請求項４】前記一定期間は、１乃至５ｍｓｅｃであ
る請求項１乃至請求項３の何れかに記載の系統連系電源
装置。