JP2000308362A - 電力系統事故検出方法及び系統連系インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統に発生する事故を瞬時に検出して、
連系点電圧の異常上昇を抑制し、より安全な系統連系イ
ンバータ装置を提供する。 【解決手段】 本発明の系統連系インバータ装置は、直
流電源１から発生する直流電力を電力変換装置２によっ
て交流電力に変換し、該交流電力を連系開閉器６を介し
て電力系統７に出力するものであって、前記連系開閉器
６の一次側における連系点電流Ｉａｃを検出する電流検
出器１６と、前記連系点電流Ｉａｃの検出結果に基づき
電力系統７に関する事故発生の有無を判断する電力系統
事故検出回路１７と、該電力系統事故検出回路１７から
前記事故が発生した旨の信号が出力されたときには前記
電力変換装置２の動作を停止させるゲートブロック回路
１５とを有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源の直流電
力を交流電力に変換し、該交流電力を電力系統に供給す
るための系統連系インバータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の系統連系インバータ装置の一例を
図２に示した。この図において、太陽電池などの直流電
源１から発生した直流電力は、電力変換装置２により交
流電力に変換される。そして、この電力変換装置２と電
力系統７とは、リアクトル４及びコンデンサ５等を介し
て、連系開閉器６により連系されるようになっている。
なお、電力変換装置２の出力電流Ｉｓは、電流検出器３
によって検出されるようになっている。

【０００３】このような回路には、通常、上記電流検出
器３の他様々な検出器が設けられている。すなわち、直
流電源１の出力電圧Ｖｄｃを検出するための電圧検出器
８、系統電圧Ｖｓを検出するための電圧検出器９、系統
電圧位相θを検出するためのゼロクロス検出器１０等で
ある。

【０００４】そして、これらの検出器３、８、９、１０
に加えて、電圧Ｖｄｃと系統電圧位相θから交流の電流
指令値Ｉｓ^*を算出する電流指令算出器１１と、電流指
令値Ｉｓ^*と上記した電力変換装置２の出力電流Ｉｓと
の誤差量が減るように指令値を算出する電流制御回路１
２とが設けられ、該電流制御回路１２から出力される値
が、ゲート駆動回路１３によってＰＷＭパルス変調され
て電力変換装置２へと伝達されるようになっている。し
たがって、電力変換装置２は常に適正な変換を成し得る
よう制御されていることになり、これら各装置の一連の
動作により直流電力は所望の交流電力に変換されて電力
系統７に出力されるようになっている。

【０００５】ところで、上記構成となる系統連系インバ
ータ装置の連系運転中、電力系統７において断線事故等
が発生したと仮定すると、電気回路図的には連系開閉器
６が開放状態になったことと等しくなる。連系開閉器６
が開放状態になると電力変換装置２の出力電流Ｉｓは急
激に減少する。Ｉｓが減少すると、電流指令値Ｉｓ^*と
の誤差量が増加するためＰＷＭパルスはＩｓを増加させ
る方向の信号になる。そのため系統連系インバータ装置
の連系点電圧（連系開閉器６の１次側電圧、以下同じ）
は急速に上昇し、装置内の機器が破損する可能性が高く
なる。

【０００６】このような事態を回避するため、従来例に
おいては、図２に示すように、系統電圧異常検出回路１
４及び該回路１４より発生する異常信号を受けてゲート
駆動回路１３のＰＷＭパルス信号を無効にするためのゲ
ートブロック回路１５が設けられていた（なお、従来装
置においては、上記系統電圧異常検出回路１４の他、電
流、周波数など各種異常検出回路が一般的には存在する
が、簡略化のためその説明は省略する）。

【０００７】そして、系統電圧検出器９を用いて連系点
電圧を常時観察し、連系点電圧レベルが異常過電圧レベ
ルに達すると、系統電圧異常検出回路１４から異常信号
を発生して、ゲートブロック回路１５でゲート駆動回路
１３のＰＷＭパルス信号を無効にし、電力変換装置２の
動作を停止するような方法がとられていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な方法においては、電力系統７に断線事故等が発生して
も、連系点電圧が異常レベルに達するには時間的な遅れ
が存在するので、即座に電力変換装置２を停止できず、
その間、連系開閉器６が開放（されているのと同値な）
状態で、通常の運転が行われる場合があった。こうした
場合、連系点電圧が異常レベルに達した時点で電力変換
装置２を停止しても、先に述べた遅延時間中にリアクト
ル４やコンデンサ５に蓄えられた電力によって、連系点
電圧が異常レベルを超えて機器の耐圧を上回る可能性が
あるという問題があった。つまり遅延時間中における連
系点電圧の異常上昇を招くおそれが高く、装置の機器及
び負荷に悪影響を与える可能性が大きいということであ
る。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、電力系統に発生する事故
を瞬時に検出して、連系点電圧の異常上昇を抑制し、よ
り安全な系統連系インバータ装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために以下の手段をとった。すなわち、請求項
１記載の電力系統事故検出方法は、直流電源から発生す
る直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を連系開閉
器を介して電力系統に出力する系統連系インバータ装置
にあって、前記連系開閉器の一次側における連系点電流
を検出し、該連係点電流の検出結果に基づき前記電力系
統に関する事故発生の有無を判断することを特徴とする
ものである。

【００１１】これによれば、電力系統において、例えば
断線等の何らかの事故が発生した場合に連係点電流が流
れなくなるといった事象を利用することとなる。つま
り、連係点電流Ｉａｃの検出結果がＩａｃ＝０というこ
とであれば、間接的に電力系統の事故が発生したことが
わかり、それに基づき適切な処置（例えば、電力変換の
中止）を実施することが可能となる。ちなみに、本発明
においては、上記例示に限られず、例えば、通常見られ
得ない異常な電流値が観測されるといった場合にも、適
用可能なことは言うまでもない。

【００１２】また請求項２記載の電力系統事故検出方法
は、請求項１記載のそれにおいて、前記連係点電流の検
出を、ＰＷＭ制御周期と同期して行うことを特徴とす
る。

【００１３】これによれば、連係点電流の検出は、これ
を「瞬時に」行うことが可能となる。すなわち、上記
「適切な処置」は瞬時に行うことが可能となるのであ
る。

【００１４】さらに請求項３記載の電力系統事故検出方
法は、請求項１又は２記載のそれにおいて、前記連係点
電流の検出値が、一定期間、連続して一定値以下となっ
た場合には、前記電力系統に関する事故が発生したと判
断することを特徴とする。

【００１５】これによれば、電力系統において断線等の
事故が発生した場合、通常、連係点電流が０となる状態
が継続する、一般的に言い換えれば、一定期間、連続し
て一定値以下となることを鑑みるに、このような事象が
検出されると言うことと電力系統の事故発生とを論理的
に結びつけて考えてよいことから、適切な事故発生の有
無判断、またこれに伴う上記適切な処置を実施すること
が可能となる。

【００１６】加えて、請求項４記載の電力系統事故検出
方法は、請求項１から３のいずれかに記載のそれにおい
て、前記連系点電流の検出、そのレベル及び周期、前記
一定期間、前記一定値が随時可変でかつこれらは自動的
に決定されることを特徴とする。

【００１７】これによれば、電力系統の事故発生の有無
について、その判断に資するような連係点電流の検出態
様が、適宜、好適な状態に設定され得ることを意味す
る。例えば、上記例示に従って連係点電流が０である状
態が一定期間継続する、という場合に事故「発生」の認
定を行うようになされているとき、本方法がそもそも直
流電力を交流電力に変換するインバータ装置を前提にし
ており当該交流電力においては時間に沿ってみると０と
なる瞬間が必ず存在することを考えれば、上述の「一定
期間」は相応の配慮をもって定めなければならないこと
に注意すると、本発明によれば、この「相応の配慮」が
自動的になされることを意味するのである。

【００１８】最後に、請求項５記載の系統連系インバー
タ装置は、直流電源から発生する直流電力を電力変換装
置によって交流電力に変換し、該交流電力を連系開閉器
を介して電力系統に出力する系統連系インバータ装置に
おいて、前記連系開閉器の一次側における連系点電流を
検出する電流検出器と、前記連系点電流の検出結果に基
づき電力系統に関する事故発生の有無を判断する電力系
統事故検出回路と、該電力系統事故検出回路から前記事
故が発生した旨の信号が出力されたときには前記電力変
換装置の動作を停止させるゲートブロック回路とを有す
ることを特徴とするものである。

【００１９】この装置は、上記請求項１から４に記載の
電力系統事故検出方法を実現するに最も適した形態とな
る系統連系インバータ装置であるということが言える。
なお、本装置においては、電力系統事故検出回路が事故
「発生」と判断した場合に、電力変換装置の動作を停止
するようなゲートブロック回路が設けられている。つま
り、上記請求項１から４に関して述べた作用の中で「適
切な処置」ということは、本請求項に係る発明の場合に
おいて、「電力変換装置の停止」を意味していることに
なる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下では、本発明の実施の形態に
ついて、図を参照して説明する。図１は、本発明に係る
系統連系インバータ装置の好適な実施形態を示す説明図
である。なお、以下の説明においては、従来例の説明に
おいて参照した図面（図２）に示された対象と本実施形
態において参照する図面において示される対象とが、同
一となるものについては、同じ符号を用いて説明を行う
こととする。

【００２１】本実施形態における系統連系インバータ装
置は、太陽電池などの直流電源１、該直流電源１から発
生した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置２、
そして、この電力変換装置２と電力系統７とを、リアク
トル４及びコンデンサ５等を介して連係する連系開閉器
６を備える点で従来例と全く同様である。

【００２２】また、電力変換装置２の出力電流Ｉｓを検
出する電流検出器３、直流電源１の出力電圧Ｖｄｃを検
出するための電圧検出器８、系統電圧Ｖｓを検出するた
めの電圧検出器９、系統電圧位相θを検出するためのゼ
ロクロス検出器１０等、各種検出器が設けられる点、さ
らに上記電圧Ｖｄｃと上記系統電圧位相θから交流の電
流指令値Ｉｓ^*を算出する電流指令算出器１１、電流指
令値Ｉｓ^*と上記した電力変換装置２の出力電流Ｉｓと
の誤差量が減るように指令値を算出する電流制御回路１
２、該電流制御回路１２から出力される値をＰＷＭパル
ス変調して電力変換装置２へと伝達するゲート駆動回路
１３が設けられる点、そして系統電圧異常検出回路１４
及び該回路１４より発生する異常信号を受けてゲート駆
動回路１３のＰＷＭパルス信号を無効にするためのゲー
トブロック回路１５が設けられる点についても同様であ
る。

【００２３】本実施形態における系統連系インバータ装
置においては、これらの構成に加えて次の特徴的な構成
要素を備えている。まず、図１に示すように、連系点電
流Ｉａｃを検出する電流検出器１６が設けられている。
また、連系点電流Ｉａｃの検出結果に基づき電力系統７
に関する事故を検出する電力系統事故検出回路１７も設
けられている。そして、該電力系統事故検出回路１７
は、前記したゲートブロック回路１５に接続されてい
る。なお、ここでいう「連係点」とは「連系開閉器６か
らみて一次側」という意味が込められている。このこと
から、当然、本実施形態において「連係点電流」等とい
う場合には、「連系開閉器６の一次側電圧」等のことを
言うものとする。

【００２４】以下では上記構成となる本実施形態の系統
連系インバータ装置の作用効果について説明する。通常
時は、上記各種検出器３、８、９、１０、また、電流指
令算出器１１、電流制御回路１２、ゲート駆動回路１３
等によって、電力変換装置２は常に適正な変換を成し得
るよう制御されており、直流電源１から発生した直流電
力は所望の交流電力に変換されて電力系統７に出力され
ている。またこのとき、連系点には系統電圧Ｖｓに同期
した交流電流が流れているので、０Ａ付近の電流値が連
続して検出されることはない。

【００２５】ここで、電力系統７に断線事故等が発生し
たとすると（電気回路的には、連系開閉器６が開放され
ているというのと同値な状態になると）、連系点電流Ｉ
ａｃは瞬時に０Ａになり、かつその状態が継続すること
になる。そこで連系点電流Ｉａｃを電流検出器１６にお
いて極めて高速にサンプリングすると、その結果得られ
るサンプリング値が一定期間連続して一定レベル範囲内
にあるような状態であるのならば、電力系統７に事故が
発生したと考えてよいことになる。

【００２６】電力系統事故検出回路１７は、上記論理に
従って、電力系統７の事故発生の有無を判断し、もし事
故が発生したと判断される場合には、ゲートブロック回
路１５に異常信号を出力して電力変換装置２の動作を即
座に停止させる。なお、系統事故の判断に一定期間を要
するサンプリング周期は、ＰＷＭ制御周期の50μsに同
期されているので非常に短く、実際上、連係点電流Ｉａ
ｃは「瞬時に」検出されており、またしたがって、異常
が発生した場合には「瞬時に」電力変換装置２の停止が
可能である。

【００２７】ちなみに、通常の交流電流の０クロスを、
電力系統７の事故と誤検出しないように、インバータ装
置の出力によって事故検出のための一定期間及び検出レ
ベル等を自動的に可変とするような制御を実施すること
もできる。

【００２８】このように、本発明に係る系統連系インバ
ータ装置に依れば、系統事故発生時から遅延なくそれを
検出し、当該事故発生時から短時間で電力変換装置２を
停止することが可能になる。このことにより、連系点電
圧の電圧上昇を抑制することができ、より安全な連系運
転を実施することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の電
力系統事故検出方法は、前記連系開閉器の一次側におけ
る連系点電流を検出し、この検出結果に基づき前記電力
系統に関する事故発生の有無を判断するから、例えば断
線等の何らかの事故が発生した場合に連係点電流の検出
結果が継続して０になるということであれば、この事実
から間接的に電力系統の事故が発生したことがわかり、
それに基づき適切な処置（例えば、電力変換の中止）を
実施することが可能となる。またこの連係点電流と電力
系統に関する事故発生との関連付けは、後者の変化が直
に前者に反映することを考えれば、適切な判断ができる
と言うことだけでなく、迅速な判断をも実現することが
できる。

【００３０】また請求項２記載の電力系統事故検出方法
は、前記連係点電流の検出を、ＰＷＭ制御周期と同期し
て行うことから、該連係点電流の検出は「瞬時に」行わ
れ得、結果、上記「適切な処置」も瞬時に行われること
となる。つまり、事故の発生有無判断は、上記「迅速
に」と言う場合よりも程度高く、いわば瞬間的に行われ
ることになるから、従来技術のように、連係点電圧の異
常上昇といった事象を発生させる危険性はほぼ完全にな
くなるということができる。

【００３１】また請求項３記載の電力系統事故検出方法
は、前記連係点電流の検出値が、一定期間、連続して一
定値以下となった場合には、前記電力系統に関する事故
が発生したと判断することから、電力系統において断線
等の事故が発生した場合、通常、連係点電流が０となる
状態が継続することを鑑みるに、このような事象が検出
されると言うことと電力系統の事故発生とを論理的に結
びつけて考えてよく、適切な事故発生の有無判断、また
これに伴う上記適切な処置を実施することが可能とな
る。

【００３２】請求項４記載の電力系統事故検出方法は、
前記連系点電流の検出、そのレベル及び周期、前記一定
期間、前記一定値が随時可変でかつこれらは自動的に決
定されることから、電力系統の事故発生の有無につい
て、その判断に資するような連係点電流の検出態様が、
適宜、好適な状態に設定され得る。例えば、交流電力に
おいて必然的に観察される０検出を、電力系統の事故
「発生」と誤って判断するような事態は回避される。

【００３３】請求項５記載の系統連系インバータ装置
は、上記請求項１から４に記載の電力系統事故検出方法
を実現するに最も適した形態となる装置であるというこ
とが言える。なお、本装置においては、電力系統事故検
出回路が事故「発生」と判断した場合には、ゲートブロ
ック回路の作用により電力変換装置の停止がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る系統連系インバータ装置の概要
を示す説明図である。

【図２】 従来の系統連系インバータ装置の概要を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ 電力変換装置 ３ 電流検出器（出力電流Ｉｓ検出用） ４ リアクトル ５ コンデンサ ６ 連系開閉器 ７ 電力系統 ８ 電圧検出器（直流電源１の出力電圧Ｖｄｃ検出用） ９ 電圧検出器（系統電圧Ｖｓ検出用） １０ ゼロクロス検出器 １１ 電流指令算出器 １２ 電流制御回路 １３ ゲート駆動回路 １４ 系統電圧異常検出回路 １５ ゲートブロック回路 １６ 電流検出器（連係点電流Ｉａｃ検出用） １７ 電力系統事故検出回路

フロントページの続き (72)発明者 松田 聡 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内 Ｆターム(参考） 5H007 AA06 AA17 CA01 CB04 CC03 CC32 DB01 DC02 DC04 EA02 FA14 FA19 GA08

Claims (5)

【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
   力に変換し、該交流電力を連系開閉器を介して電力系統
   に出力する系統連系インバータ装置にあって、 前記連系開閉器の一次側における連系点電流を検出し、
   該連係点電流の検出結果に基づき前記電力系統に関する
   事故発生の有無を判断することを特徴とする電力系統事
   故検出方法。
2. 【請求項２】 前記連係点電流の検出を、ＰＷＭ制御周
   期と同期して行うことを特徴とする請求項１記載の電力
   系統事故検出方法。
3. 【請求項３】 前記連係点電流の検出値が、一定期間、
   連続して一定値以下となった場合には、前記電力系統に
   関する事故が発生したと判断することを特徴とする請求
   項１又は２記載の電力系統事故検出方法。
4. 【請求項４】 前記連系点電流の検出、そのレベル及び
   周期、前記一定期間、前記一定値が随時可変でかつこれ
   らは自動的に決定されることを特徴とする請求項１から
   ３のいずれかに記載の電力系統事故検出方法。
5. 【請求項５】 直流電源から発生する直流電力を電力変
   換装置によって交流電力に変換し、該交流電力を連系開
   閉器を介して電力系統に出力する系統連系インバータ装
   置において、 前記連系開閉器の一次側における連系点電流を検出する
   電流検出器と、 前記連系点電流の検出結果に基づき電力系統に関する事
   故発生の有無を判断する電力系統事故検出回路と、 該電力系統事故検出回路から前記事故が発生した旨の信
   号が出力されたときには前記電力変換装置の動作を停止
   させるゲートブロック回路と、 を有することを特徴とする系統連系インバータ装置。