JPS6192130A - 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】 産業上の利用分野 この発Ｑｆｆは電力系統と連系してｆｌ荷へ給電するた
めの太陽電池あるいは燃料電池等を用いた電源装置に関
するものである。

従来例の構成とその問題点 燃料電池あるいは太陽電池な〜どを用いたＭｉ電源装置
電力系統と連系させる場合、電力系統側が停止（開放）
しても電源装置は゛確立して電源装置から負荷へ給電さ
れるため、負荷の保守点検時等において作業ｉに対する
安全性の面で問題がある。

上記のような問題点を解消すべく、従来のｉｌ電源装置
Ｑ’を相または３相）は、第６図に示すように、電力系
統ｌに接続し、ｉ”ｕ’：＋ｉｚへ電力系統ｌと連系し
て給電するように構成してあり、具体的には、例えば太
陽？ｔｌ／１１３によっ゛Ｃ自励式のインバータ４を駆
動してインバータ４より電力系統ｌと同し周波数の交流
出力を発生させるようにし、イ・ンハータ４の出力端を
連系用変圧器５を介し゛ζ電力系統１に接続している。

そし°ζ、制御回路６は、変流器−７を介して電力系統
ｌへの流出電流■ｓを検出するとともに、ｋ　Ｉｆ器８
を介して系統電圧■ｓを検出し、−制御回路６によって
両者より第り１）式にもとづいて有効電力Ｐ５を求める
か、あるいは流出を作り、第１２１式にもとづいて無効
電力ＣｔＳを求め、電力系統ｌ側がスイッチ９のオフに
よって停止することによる有効電力ｐｓあるいは無効電
力Ｑ５の変化量または変化率を検出し、それらのレベル
が所定値を越えたときに電力系統ｌが停止したとみなし
てインバータ４に停止信号を与え、インバータ４から負
荷２への給電を停止し、安全性を確保するようになって
いる。

しかしながら、このような従来の電源装置においては、
負荷２とインバータ４の出力とがほぼ完全にバランスし
ていた場合、ｐｓ、Ｑｓの変化量ΔＰｓ、ΔＱｓが １１、　　・ｉＱＳ　　・４０　　　　　　　　　　　
　　・・自・・（３）となり、電力系統ｌが開放されて
も有効電力Ｐｓおよび無効電力Ｑｓを変化せず、電力系
統ｌが開放されたことを検出できないことになる。一方
、負荷２が変化（クーラー等の起動、停止）したときに
も、有効電力Ｐｓおよび無効電力Ｑｓが変化し、電力系
統ｌが開放されていないのにインバータ４を停止させる
おそれがあった。

このように、従来のものでは負荷２の状態等によって電
力系統ｌの開放が検出されたり、されなかったりし、ま
た、電力系統ｌが開放されていないのに、娯ってインバ
ータ４を停止させてしまうという問題があり、信頼性に
欠けていた。

発明の目的 この発明は、電力系統の停止（開放）を確実に検出して
インバータの動作を停止することができ　　　　−１し
かも誤動作を防止することができる電源装置を提供する
ことを目的とする。

発明の構成 この発明の電源袋とは、電池と、この電池の電圧を交流
電圧に変換するインバータと、負荷に給電する電力系統
に前記インバータを接続して前記インバータと前記電力
系統とを連系させる連系用変圧器と、前記インバータの
出力に高調波を重畳させる高調波重畳部と、前記連系用
変圧器の系統側電圧（または電流）を検出する電圧（ま
たは電流）検出部と、この電圧（または電流）検出部に
より検出された系統側電圧（または電流）のうち前記高
調波重畳部により重畳された高調波と同じ周波数□成分
を抽出する高調波電圧（または電流）抽出部と、この高
調波電圧（または電流）抽出部により抽出された高調波
電圧（または電流）のレベルの所定値以上（所定値以下
）のときに前記インバータにインバータ停止信号を与え
るレベル弁別器とを備える構成にしたことを特徴とする
。

ここで、この発明における電力系統の停止（開放）を検
出する原理について説明する。

ＰＷＭ方式のインバータでは、搬送波（一般に１〜２　
Ｋ　Ｉｌ！程度の三角波）Ｖ（ＡＲと基準波（６０また
は５０ＨＥ）　Ｖ５　ｒ　ｃとを比較してその大小関係
によりスイッチング素子（サイリスク、ＧＴＯ。

パワートランジスタなど）のオンオフ制御を行って基準
波ＶＳＩＧに相当するパルス波を出力するようになって
いるが、この基準波ＶＳＩＧに、例えば基本波振幅より
小さい一定振幅の第３高調波成分を付加して ＶＳＩＧ”ＶＲＩＳｎωｏｔ＋ｖＲ３ｓｎ３ω０【・・
・・・・（４１ とすると、インバータ出力電圧Ｖ、は ＶＩ、−ＶＩ　ＨＳｎωｏｔ＋ｖｌ　３ｓｎ３ωｏ　ｔ
・・・・−１６１ となる。

連系された電力系統のインピーダンスは連系用変圧器の
インピーダンスＸτに比べて十分小さいと考えられるの
で、これを無視して考えると、インパークが電力系統と
連系している場合に連系用変圧器から電力系統に流出す
る第３凋波電流＋３の振幅夏３は、 ３Ｘ。

となり、連系用変圧器の系統側電圧Ω０に含まれる第３
調波電圧◇ｏ３の振幅ＶＯ３ Ｖｎｍ書０　　　　　　　　　　　　・旧・・（７１と
なる。ただし、負荷インピーダンス（ＲＬ＋ｊＸ［）は
インピーダンスＸ丁に比べて十分大きいと占えられる。

一方、電力系統が停止するき、第３ＪＩＩａ電流ｉ３の
振幅Ｉ３は、 となり、第３調波電圧ＶＯ３の振＠ＶＯ３は・・・・・
・（９） となり、第３閣波電流１３の振幅Ｉ３は、電力系統が停
止すると、連系している場合より減少し、第３　ｊｌｌ
ｌ波電圧ｖ（１：ｌ　Ｏ）振幅ＶＯＩは電力系統が停止
すると、逆に連系している場合より増加することになり
、第３閣波電流１３または第３Ｊｌｉ波電圧ＶＯＪの振
幅ｔ’ｔ、ｖｏコをレベル弁別すれば電力系統が停止し
ζいるかどうかを判定することができる。

例えば５ＫＷのインバータで、Ｘ７＝Ｏ，１ｐｕ（５Ｋ
ＶＡベース）　、負荷は２　ＫＷ　（Ｒｔ　＝２．５ｐ
ｕ）とすると、第１６１〜（９１式より、連系している
場合には ３　Ｘ　０．　Ｉ Ｖｏ　３　＃　０　　　　　　　　　　　　−・＝　（
１１）となり、電力系統が停止すると Ｖｏ　３　’−Ｖ　Ｉ　３　　　　　　　　　　−　（
１３）となる。

実施例の説明 この発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づいて説
明する。この電線装；べ（ｆｌ！相尿たは３相）は、第
１図に示すように、太陽電池２１の出力をパルス幅変調
型のインバータ２２に与え、インバータ２２より出力さ
れるインバータ出力１１圧Ｖ＋を連系用変圧器２３を介
し電力系統２４（電圧Ｖｓ）と連系して負荷２５に給電
するようにしている。

インバータ２２の点弧制御は、点弧制御回路２６が比較
回路２７による搬送波ＶＣＡＲと基準波ＶＳＩＧとの比
較結果にもとづいて行うようになっている。

搬送波ＶＣＡＩ！は、太陽電池２１の直流出力電圧ＥＤ
Ｃと波高値１．０の三角波とを乗算器２日で乗算して作
成している。

また、基準波ＶＳＴＧはつぎのようにして作成している
。すなわち、整流器等で構成される電圧検出回Ｖ＆２９
が連系用変圧器２３の系統側電圧※０の実効値Ｖｏ）ｔ
−変圧器３０を介して検出し、この電圧検出回路２９の
出力をローパスフィルタ（１２０Ｈｚ以上のす７プルを
除去）３１に通すことにより、実効値ｖｏに対応した電
圧Ｖαを得、一方、周波数が６０１１ｇまたは５１）　
ＩＩｓ　’ｉ”ＩＲ高値力砺の正弦波（基本波）と周波
数がＩ　８０１１ｚまたは１５０Ｈｚで波高値力嘔ｋ（
ｋは定数）の正弦波（第３調波）とを加算ａ３２で加算
し、この加算器３２の出力と直流電圧■αとを乗算器３
３で乗算して作成している。

ここで、インバータ２２まわりの動作を説明する。ただ
し、簡単のために高調波成分が含まれず、出力電圧÷１
の実効値ｖ１が′一定である場合について説明する。す
なわち、第３図（Ａ）に示すような搬送波ＶＣＡＲと基
準波ＶＳＩＧとが比較回路２７に加えられると、比較回
路２７は両者を比較して第３図（Ｂ）に示すようなパル
ス幅変調波を出力し、点弧制御回路２６がインバータ２
２の出力が比較回路２７の出力のパルス幅変調波と相慎
な波形となるようにスイッチング素子を制御する。

電圧検出回路２９とローパスフィルタ３１とが系統側電
圧ｖｏの実効値ｖｏを直流分として検出するが、ノ＾準
ｅｌｌ　Ｖ　ｓ　ｓ　Ｇは、上記系統（ＩＩＪ電圧※０
の実’）ｒｈｈ　ｖ　１１　、！：波＋ｌ’ｉ＋　ｌＩ
／ｒ／ｉ　（７１＋Ｉ弦波ヲ東Ｗ　Ｌ　’（＋’ｌ成し
、１般送波ＶＣＡＲは波高値１の三角波と直流出力電圧
Ｅｌｌｃを乗算して作成しているため、インバータ２２
の出力型ＨＧ、の実効値■−よ、ｖ’Ｔｖｓ／ＥＤ　ｃ
に比例することになる。故に、ｈ　Ｖ＋　＝　（ＪＶｓ
　′／ＥＯＣ）ＸＥＤ　ｃ−ηＶｓ　′ ＝／ｊｖｓ となり、瞬時的にＶ、−・Ｖｏで運転できる。

なお、第４図（Ａ）は電圧検出回路２９の出力電圧、第
４図（Ｂ）はローパスフィルタ３１の出力電圧を示して
いる。

そして、高ｍ／ｉ成分を加えると、インバータ２２の出
力電圧Ｖ、にも高調波成分が含まれることになる。

逆圧判定回路３４は、変圧器３０を介して連系用変圧器
２３の系統１ｊ’ｌ電圧ｖｏを取込むとともに、変流器
３５を介して連系用変圧器２３の系統側電流Ｉ５を取込
む。

つぎに、逆圧判定回路３４について第２図により詳しく
’説明する。この迂１１ｇ　’Ｉｉｌに回路、′目は、
ＩＣ１統側電魔ｉ＝、系統（−リ亀ＩＦ　ｖ　ｎを中心
周波数「・（１８０１１ｚまたは１５０１ｋ）の信−呼
検出用フィルタ３６、３７にそれぞれ加えるごとにより
系統側電流１ｓおよび系統側電圧Ｖｏ中の周波数１３の
成分、すなわち、高調波成分１つ、Ｖｏ３をそれぞれ抽
出し、２乗回路３８．３９およびリップル除去用のフィ
ルタ４０．４１をそれぞれ通すことにより直流化し、さ
らにレベル弁別に４４２．４３に加え、レベル弁別器４
２．４３の出力をアンドゲート４４およびオアゲート４
５に加え、アンドゲート４４またはオアゲート４５の出
力をインバータ停止信号として点弧制御ｌｌ路２６へ１
＋えるようになっている。

以下、第５図にもとづいて動作を詳しく説明する。今例
えばＶｓ＝１．Ｏｐｕに対してに＝０．０５の第３開波
電圧を含んだ基ｆＰ波ＶＳＩ６を作り、スイッチング素
子のオンオフタイミングを決める。

この結果、インバータ２２には第３ｍ波底分を含んだ第
５図（Ａ）にｊｌずような電圧Ｖ、が現われ−る（【４
ごはｖ１ＡＰ成分を除去したものを示している）。

Ｘｒ＝Ｏ，Ｉｐｕ（インパーク容９ベース）とすると、
電力系統２４と連系している場合に、系統側電流【Ｓに
は第５図（Ｂ’）に示すように０、１　Ｘ　３ の第３調波電＊”１３が含まれ（時刻ｔ！以前）、系統
側電圧※０　（−〇Ｓ）には第５図（Ｃ）に示すように
第３ｍ波電圧゛ΩＯ’３はほとんど含まれない。

いずれも逆圧判定回路３４に加えられる。信号検出用フ
ィルタ３６ば系統側電流Ｉ’ｓのうち第３調波電流ｉ３
の成分のみを通し、この信号検出用フィルタ３６の出力
を２東回路３８に加え、さらにローパスフィルタ４０に
通ずと、第５図（Ｃ）に示すような平均値１コが得られ
る。また、信号検出用フィルタ３７は系統側電圧銭のう
ち第３調“波電圧※０３の成分のみを通し、この信号検
出用フィルタ３７の出力を２東回路３９に１３１１え、
さらにローパスフィルタ４１に通すと、第５図（Ｅ）に
示すような平均値Ｖｏ３が得られる。

そして、平均値＋３．ＶＯ３はそれぞれレベル弁別器４
２．４３に入力されるが、平均値■３があるレベルＬ、
以上であり、平均値Ｖ、０３があるレベルし２以下であ
るため、レベル弁別器４２゜４３の出力１ｒ、Ｖγはい
ずれもｒＯＪであり、アントゲ−）４４．４５の出力は
いずれも第５図ＣＦ）に承ずように［０ルヘルであり、
インバータ２２の停止は行わない。

電力系統２４が時刻Ｌ１でスイッチ４６により遮断され
ると、系統側電流Ｉｓは第５１ｉ！Ｊ（Ｂ）に示すよう
に含まれる第３　ｊ１Ｍ波電流＋３が、Ｒ＝２、５　ｐ
　ｕとすると、 に減少し、系統側電圧Ｖｌ＋には第５図（Ｃ）に示すよ
うに、 ２．５ ０．０５　Ｘ　−−−−−−−−一−−−−−−−−−
−−，０，０５ｐ　ｕ４］丁Ｔ〒［四−７ の第３ｉＩｉＩｌ波電圧■、［３が現われることになる
。その結果、平均値＋３が低下し、平均値ｖｏｉが上昇
することになり、平均値１３があるレベルＬ１より下が
り、・Ｆ均値ＶＯ３があるレベルＬ２を越えるため、レ
ベル弁別器４２．’４３の出力■Ｔ。

ＶｒはいずれもｒｌＪレヘレベあり、アントゲ−。

）４４．４５の出力はいずれも第５図（Ｆ）に示ずよう
にｒｌＪレヘレベなるので、どちらの出力を用いてもイ
ンバータ２２を停止させることができる。

なお、レベル弁別５４２．４３のしきいｉ直しベルＬ、
、Ｌ２は、電力系統２４のインピーダンスと負荷２５．
連系用変圧器２３のインピーダンスがわかれば最適な値
が設定できる。

このように、この実施例は、インパーク２２の出力に高
調波成分を重畳させ、連系用変圧器２３の系統側電流Ｉ
ｓの第３凋波電流ｉ　３の振幅と系統側電圧０ｏの第３
ｉ１ｉ波電圧ＶＯ’ｌの振幅値を監視し、これらの１辰
幅の大小によって電力系統２４の１９＋ｌ−を検出して
インバータ２２を停止１−させるようにしたため、負荷
２５の状態に関係なく、電力系統２４の１ｔＩｉ続を６
ｆｔ実にかつ１御１検出を生しることなく検出してイン
バータ２２の運転制御を行え、信頼性を高めることがＣ
きる。

なお、上記□実ｈ％例では第３門波を重畳させたが、他
の次数の高調波を１０畳し、この振幅の大小を判別する
ようにしてもよい。また、実施例は太陽電池２１を用い
たものを小したが、燃料電池を用いる場合も同様にこの
発明を１８川できる。

発明の効果 この発明の電源装置に、Ｌれば、電力系統の停止（開放
）を随実に検出してインバータの動作を停止させること
ができ、しかも誤動作を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ｖ１．ｌはこの発明の一実施例のブロック図、第２
図はその要部の詳細ブロック図、第３図および１　第４
図は動作説す１のための波形図、第５図は同しくり３作
説明のための波形図、第６図は従来例の回路図である。 ２１・・・太陽電池、２２・・・インバータ、２３・・
・連系用変圧器、２４・・・電力系統、２５・・・負荷
、２６・・・点弧制御回路、２７・・・比較回路、３０
・・・変圧器（電圧検出部）、３５・・・変流器（電′
ｆ！Ｌ検出部）、３６・・・信号検出用フィルタ（高調
波電流抽゛出部ン、３７・・・信号検出用フィルタ（高
凋波電圧抽出部）、４２．４３・・・レベル弁別器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電池と、この電池の電圧を交流電圧に変換するインバー
   タと、負荷に給電する電力系統に前記インバータを接続
   して前記インバータと前記電力系統とを連系させる連系
   用変圧器と、前記インバータの出力に高調波を重畳させ
   る高調波重畳部と、前記連系用変圧器の系統側電圧（ま
   たは電流）を検出する電圧（または電流）検出部と、こ
   の電圧（または電流）検出部により検出された系統側電
   圧（または電流）のうち前記高調波重畳部により重畳さ
   れた高調波と同じ周波数成分を抽出する高調波電圧（ま
   たは電流）抽出部と、この高調波電圧（または電流）抽
   出部により抽出された高調波電圧（または電流）のレベ
   ルの所定値以上（所定値以下）のときに前記インバータ
   にインバータ停止信号を与えるレベル弁別器とを備えた
   電源装置。