JPH08275397A - 系統連系システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 手動復帰型のブレーカの誤操作による、機器
の破損及び系統連系における保守安全面の低下を未然に
防止する。 【構成】 商用電力系統３と連系して負荷４に電力を供
給する系統連系システムにおいて、手動復帰型ブレーカ
６の接点状態を検出し、インバータ回路21の故障状態時
に該ブレーカ６の接点が閉成状態となった場合には、即
座に前記ブレーカ６へ解列指令信号を送出する。

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
のエネルギーを直接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、系統連
系用リレー33、ブレーカ34を経て負荷35および商用電力
系統36に供給される。

【０００４】上記リレー33及びブレーカ34は、保護継電
回路37によって制御されており、この保護継電回路37
は、直流電源31の出力電圧、インバータ32の出力電流、
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とき、或るいはインバータ32の出力
電流が過大となったときには、異常状態と判断してリレ
ー33およびブレーカ34が開かれる。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、インバータ32の運転条件が整った状態で、自
動的にリレー33が閉じて、所定時間経過後にインバータ
32が起動する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来シ
ステムでは、ブレーカ34として手動復帰型のブレーカを
用いているため、異常状態が解消されていないにも拘ら
ず利用者が誤って投入してしまう場合があり、このよう
な場合にはリレー及びブレーカによる二重保護が図れ
ず、再投入による二次災害が発生する虞れもあった。

【０００６】例えば、リレー33の故障が発生して常時閉
成した状態、即ち溶着した状態となった場合には、ブレ
ーカ34の再投入によりインバータ32の運転停止中にも拘
らず、商用電力系統36からインバータ32に電流が流れ込
むことになり、インバータ32のスイッチング素子および
制御回路などの寿命を短縮する虞れがあった。

【０００７】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、手動復帰型のブレーカの誤操作による、機器
の破損及び系統連系における保守安全面の低下を未然に
防止した系統連系システムを提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、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
を商用電力系統に連系して負荷に電力を供給する系統連
系システムにおいて、前記インバータ回路の出力側に設
けられた自動復帰型の系統連系用リレーと、該系統連系
用リレーと商用電力系統との間に設けられた手動復帰型
のブレーカと、前記直流電源の出力電圧が一定電圧値以
下となった場合、または前記商用電力系統との連系点電
圧が一定範囲外となった場合に前記インバータ回路の待
機状態であると判断して、前記系統連系用リレーに解列
指令信号を送出すると共に、前記インバータ回路の出力
電流が一定電流値以上となった場合に前記インバータ回
路の故障状態であると判断して、前記系統連系用リレー
および前記ブレーカに解列指令信号を送出する保護継電
回路とを備え、前記保護継電回路は、前記ブレーカの接
点状態を検出し、前記インバータ回路の故障状態時に該
ブレーカの接点が閉成状態となった場合には、即座に前
記ブレーカへ解列指令信号を送出することを特徴とする
ものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、インバータ回路の故障状態時
に利用者が誤って手動復帰型ブレーカを投入した場合に
は、即座にブレーカの接点を開放状態とする。

【００１０】また、自動復帰型リレーが故障により常時
閉成した状態時に、手動復帰型ブレーカの誤投入により
商用電力系統からインバータ回路へ過電流が流入し、イ
ンバータ回路のスイッチング素子およびその制御回路な
どの耐用年数が短縮する虞れもない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の系統連系システムの一実施例
を示す図面に基づいて説明する。図１は、本発明の系統
連系システムの概略構成図である。

【００１２】図１において、系統連系システムは、定格
電圧が200Ｖの太陽電池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
流電圧を供給する電力変換装置である連系インバータ装
置２と、連系インバータ装置２からの交流出力を商用電
力系統３および負荷４に供給可能とする系統連系用リレ
ー（以下、リレーと略記する）５およびブレーカ６と、
直流電源１の出力電流を検出する第１電流検出手段７
と、直流電源１の出力電圧を検出する第１電圧検出手段
８と、連系インバータ装置２とリレー５との間に設けら
れ、連系インバータ装置２の出力電流を検出する第２電
流検出手段９と、ブレーカ６と商用電力系統３との間に
設けられ、連系点での系統電圧を検出する第２電圧検出
手段10と、直流電源１および商用電力系統３の出力電
圧、並びに連系インバータ装置２の出力電流の状態によ
って、直流電源１側および商用電力系統３側における異
常発生を検出して、リレー５およびブレーカ６の開閉状
態を制御する保護継電回路11とから構成されている。

【００１３】ここで、リレー５は自動復帰型リレーであ
り、保護継電回路11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いる。一方、ブ
レーカ６は手動復帰型ブレーカであり、保護継電回路11
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。

【００１４】また、保護継電回路11は、第１電圧検出手
段８、第２電流検出手段９及び第２電圧検出手段10によ
る検出結果に基づいて、直流電源１および商用電力系統
３の異常状態を検出し、リレー５およびブレーカ６の接
点の開閉状態を制御する制御信号を送出して、その接点
状態の開閉を制御する他に、後述するように、直流電源
１および商用電力系統３における異常発生を検出時に異
常状態信号を連系用インバータ装置２に送出すると共
に、リレー５およびブレーカ６の接点状態を監視し、連
系用インバータ装置２にその接点状態信号を送出してい
る。

【００１５】連系用インバータ装置２は、複数のスイッ
チング素子からなる電圧形電流制御インバータ回路21
と、その出力制御部22と、主制御部23とを有している。
出力制御部22は、後述するように、第１電流検出手段７
により検出された直流電源１の出力電流と、第１電圧検
出手段８により検出された直流電源１の出力電圧と、第
２電流検出手段９により検出されたインバータ回路21の
出力電流と、第２電圧検出手段10により検出された連系
点電圧とに基づいて、運転力率が１になり、かつ直流電
源１から最大電力を引き出すように、インバータ回路21
のスイッチング素子にＰＷＭ制御信号を供給して、イン
バータ回路21の出力電流を制御している。

【００１６】また、主制御部23は、後述するように、保
護継電回路11から異常状態信号および接点状態信号が入
力され、その入力信号に従い出力制御部22にインバータ
回路21を起動させる起動信号、或るいはインバータ回路
21を停止させる停止信号を送出している。

【００１７】そして、主制御部23では、インバータ回路
21の運転条件が整っている場合においても、インバータ
回路21の起動開始前におけるリレー５の接点が溶着等に
より閉成状態となっている場合には、起動信号を送出し
ない構成となっている。

【００１８】具体的には、直流電源１の出力電圧が所定
の不足電圧値（本実施例では170Ｖ）以下になった場
合、或るいは商用電力系統３の系統電圧が一定範囲（本
実施例では80Ｖ〜115Ｖ）外になった場合には、保護継
電回路11において待機状態であると判断され、主制御部
23にその状態信号が入力される。また、インバ−タ回路
21の出力電流が一定電流値（本実施例では45Ａ）以上に
なった場合、或るいは直流電源１の出力電圧が所定の過
電圧値（本実施例では300Ｖ）以上になった場合には、
保護継電回路11において故障状態であると判断され、主
制御部23にその状態信号が入力される。更に、それ以外
の場合にはインバータ回路21の運転条件が整っている運
転可能状態であると判断され、主制御部23にその状態信
号が入力される。ここで、インバ−タ回路21の出力電流
が一定電流値以上になる場合は、インバータ回路21のス
イッチング素子又は制御回路において故障が発生してい
るためである。また、直流電源１の出力電圧が所定の過
電圧値以上になる場合は、直流電源１の太陽電池におい
て故障が発生しているためである。

【００１９】そして、主制御部23では、インバータ回路
21が待機状態でインバータ動作停止中に、保護継電回路
11からの接点状態信号によりブレーカ６の接点が閉成状
態となっており、かつリレー５の接点が開放状態となっ
ていることを確認し、上記運転可能状態信号が入力され
た場合には、保護継電回路11にリレー連系信号を送出す
ると共に、出力制御部22に起動信号を送出する。これに
より、保護継電回路11では主制御部23からのリレー連系
信号の入力に従い、リレー５にその接点を閉じた状態と
する連系指令信号（以下、ＯＮ信号という）を送出す
る。

【００２０】また、主制御部23では、インバータ回路21
が故障状態でインバータ動作停止中であるにも拘らず、
ブレーカ６の接点が閉成状態となっていることを確認し
た場合、又はインバータ回路21が待機状態でインバータ
動作停止中であるにも拘らず、リレー５の接点が閉成状
態となっていることを確認した場合には、保護継電回路
11にブレーカ解列信号を送出し、インバータ回路21を商
用電力系統３から解列させている。

【００２１】そして、保護継電回路11では、主制御部23
からのブレーカ解列信号の入力に従い、ブレーカ６にそ
の接点を開いた状態とする解列指令信号（以下、ＯＦＦ
信号という）を送出する。

【００２２】一方、保護継電回路11において、インバー
タ回路21の運転中に、直流電源１の出力電圧の不足が発
生し、或るいは商用電力系統３との連系点電圧、即ち、
系統電圧に過不足電圧が生じ、待機状態であると判断さ
れた場合には、保護継電回路11は先ずリレー５の接点を
開いた状態とするＯＦＦ信号をリレー５に送出した後、
主制御部22に待機状態信号を送出する。そして、主制御
部23では、保護継電回路11からの待機状態信号の入力に
従い出力制御部22に停止信号を送出し、出力制御部22に
おいてインバータ回路21のスイッチング素子を駆動制御
するスイッチング信号をゲートブロックして、インバー
タ回路21へのスイッチング信号の供給を停止させる。

【００２３】このとき、主制御部23では、保護継電回路
11からリレー５へのＯＦＦ信号の入力によってリレー５
の接点が開放状態となっているかどうかを保護継電回路
11からの接点状態信号により確認し、開放状態となって
いる場合には異常原因が解消し、保護継電回路11からの
上記運転可能状態信号が入力され次第、保護継電回路11
にリレー連系信号を送出すると共に、出力制御部22に起
動信号を送出する。

【００２４】一方、リレー５へのＯＦＦ信号の送出に拘
らずリレー５の接点が閉成状態となっていることを確認
した場合には、保護継電回路11にブレーカ解列信号を送
出する。 また、インバータ回路21の運転中に何らかの
原因によってインバータ出力電流に過電流が生じ、或る
いは太陽電池１の出力電圧に過電圧が発生し、保護継電
回路11において故障状態と判断された場合には、保護継
電回路11からリレー５およびブレーカ６にＯＦＦ信号が
送出され、リレー５およびブレーカ６を開放状態とする
と共に、主制御部23に故障状態信号が送出される。そし
て、主制御部23ではこの故障状態信号の入力に従い、出
力制御部22に停止信号を入力して、インバータ回路21の
インバータ動作を停止させる。

【００２５】その後、故障の原因を除去した上で、保護
継電回路11に設けられたリセットスイッチ１１ａを押下
することにより、保護継電回路11から主制御部22に待機
状態信号が送出される。そして、主制御部23では、待機
状態時に手動操作によりブレーカ６が閉じられ、リレー
５の接点が開放状態となっていることを確認した上、保
護継電回路11からの運転可能状態信号の入力され次第、
保護継電回路11にリレー連系信号を送出すると共に、出
力制御部22に起動信号を送出し、連系用インバータ装置
２を商用電力系統３に連系すると共に、インバータ動作
を開始させ並列運転を行わせる。

【００２６】出力制御部22は、電力指令部221と、乗算
手段222と、誤差増幅器223と、ＰＷＭコンパレータ224
（パルス幅変調手段）とから構成されており、電力指令
部221では、主制御部23から起動信号および停止信号が
入力されると共に、第１電流検出手段８による検出電流
及び第１電圧検出手段９による検出電圧が所定のサンプ
リング周期（本実施例では50μｓ）にて入力されてい
る。

【００２７】そして、電力指令部221は、主制御部23か
ら起動信号が入力された場合、第１電流検出手段８およ
び第２電圧検出手段９の検出値に基づいて直流電源１の
出力電力Ｐs及び電力変化量ΔＰsを算出し、その電力変
化量ΔＰsの符号に基づいて直流電源１の動作電圧の制
御目標値となる電圧指令値Ｖsbの変化方向を決定し、一
定の変化幅ΔＶ（本実施例では1.5Ｖ）にて電圧指令値
Ｖsbを変化させて、その電圧指令値Ｖsbに基づいてイン
バータ回路21の出力電流Ｉの制御目標値となる電流指令
値Ｉbを算出し、その電流指令値Ｉbを乗算手段222の一
端に入力している。

【００２８】一方、電力指令部221は主制御部23から停
止信号が入力された場合、電流指令値Ｉb＝０を乗算手
段222の一端に入力し、インバータ回路21のスイッチン
グ素子へのＰＷＭ制御信号の供給を停止させている。

【００２９】具体的には、電力指令部221では、主制御
部23から起動信号が入力された場合、先ず直流電源１の
電圧指令値Ｖsbを、直流電源１の最大電力点となる出力
電圧より高い電圧値（本実施例では210Ｖに設定）から
上記サンプリング周期で変化幅ΔＶづつ減少させ、その
電圧指令値Ｖsbに基づいた電流指令値Ｉbを設定してい
る。この間、電力変化量ΔＰsは正の値を取り、直流電
源１の出力電力Ｐsが増加して行く。そして、電力変化
量ΔＰsの符号が正から負に変化した場合、即ち電圧指
令値Ｖsbが最大電力点電圧を越えた場合には、動作点の
変化方向を逆転させて電圧指令値Ｖsbを変化幅ΔＶづつ
増加させ、その電圧指令値Ｖsbに基づいた電流指令値Ｉ
bを設定している。同様にして、電力変化量ΔＰsの符号
の変化に基づいて動作点の変化方向を逆転させる。以上
の動作を繰り返し行わせることにより、直流電源１の動
作電圧が最大電力点近傍に維持され、直流電源１の動作
点が最大電力点を常に追従することになる。

【００３０】乗算手段222は、電力指令部221からの出力
と、第２電圧検出手段11による検出電圧波形との乗算を
行い、その乗算結果を誤差増幅器223の一方の入力とし
ている。つまり、乗算手段222では、電力指令部221にお
いて設定された電流指令値Ｉbと、系統電圧に対応する
基準波形とが入力され、その両者の乗算を行っているの
で、電流指令値Ｉbに応じた振幅を有し、系統電圧波形
に同期した商用周波数の正弦波形の信号が乗算手段222
から誤差増幅器223に入力されている。

【００３１】誤差増幅器223は、乗算手段222からの入力
と、第２電流検出手段10による検出電流との差を増幅し
た後、ＰＷＭコンパレータ224に入力している。ＰＷＭ
コンパレータ224は、誤差増幅器223からの誤差信号と、
予め設定された基準三角波とを比較して、誤差増幅器22
3からの誤差信号が零になるようにインバータ回路21の
スイッチング素子にスイッチング制御信号を供給する。

【００３２】次に、上記のように構成された系統連系シ
ステムの主制御部23による処理動作内容について図２の
フローチャートに従い説明する。先ず、インバータ回路
21によるインバータ動作が停止中かどうかを判断し（Ｓ
１）、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21の起
動開始に先立ち、保護継電回路11からの接点状態信号に
よりブレーカ６が手動操作により閉じられたかどうか判
断し、ＹＥＳの場合にステップＳ７に進む。

【００３４】ステップＳ７では、保護継電回路11から故
障状態信号が入力されているかどうか判断し、ＹＥＳの
場合には保護継電回路11にブレーカ解列信号を送出して
（Ｓ９）ステップＳ１に戻り、ＮＯの場合にはステップ
Ｓ11に進む。

【００３５】ステップＳ11では、保護継電回路11からの
接点状態信号によりリレー５の接点が開放状態であるか
どうか、即ち、リレー５が溶着等を起こしていないかど
うか判断し、ＹＥＳの場合にはステップＳ13に進み、Ｎ
Ｏの場合には保護継電回路11にブレーカ解列信号を送出
して（Ｓ15）ステップＳ１に戻る。

【００３６】ステップＳ13では、保護継電回路11から運
転可能状態信号が入力されたかどうか判断し、ＹＥＳの
場合にはステップＳ17に進み、ＮＯの場合にはステップ
Ｓ３に戻る。

【００３７】ステップＳ17では、保護継電回路11にリレ
ー連系信号を送出すると共に、出力制御部22に起動信号
を送出し、ステップＳ19に進む。ステップＳ19では、起
動信号の出力制御部22への入力によりインバータ動作が
開始され、ステップＳ１に戻る。

【００３８】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、保護継電回路11から故障
状態信号が入力されたかどうかを判断し、ＹＥＳの場合
にはステップＳ21に進む。ここで、保護継電回路11で
は、故障状態が検出された場合に、リレー５およびブレ
ーカ６へのＯＦＦ信号を送出し、リレー５およびブレー
カ６を開放状態とすると共に、主制御部23へ故障状態信
号が送出されることになる。

【００３９】ステップＳ21では、ステップＳ５における
保護継電回路11からの故障状態信号の入力を受けて、出
力制御部22に停止信号を送出してインバータ回路21のイ
ンバータ動作を停止させ、ステップＳ１に戻る。

【００４０】また、ステップＳ５でＮＯと判断された場
合には、ステップＳ23に進み、保護継電回路11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Ｓ25に進み、ＮＯの場合にはステップＳ１に
戻る。

【００４１】ステップＳ25では、前のステップＳ23にお
ける、保護継電回路11からリレー５へのＯＦＦ信号の送
出により、リレー５が開放状態となると共に、保護継電
回路11から主制御部23への待機状態信号の入力を受け
て、出力制御部22に停止信号を送出してインバータ回路
21のインバータ動作を停止させ、ステップＳ１に戻る。

【００４２】以上の処理を行わせることにより、故障状
態時に利用者が誤って手動復帰型ブレーカ６を投入した
場合には、即座にブレーカ６の接点を開放状態とするの
で、常にリレー及びブレーカによる二重保護が図れ、再
投入による二次災害の発生を確実に防止することができ
る。

【００４３】また、リレー５が故障により常時閉成した
状態時に、ブレーカ６の誤投入により商用電力系統３か
らインバータ回路21に過電流が流れ込むことがなく、イ
ンバータ回路21のスイッチング素子およびその制御回路
などの寿命を短縮する虞れもない。

【００４４】尚、上記実施例では、直流電源１の出力電
圧および商用電力系統３の系統電圧の異常を検出してイ
ンバータ回路21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回路21の待機状態であると判
断してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、イン
バータ回路の故障状態時に利用者が誤って手動復帰型ブ
レーカを投入した場合には、即座にブレーカの接点を開
放状態とするので、常にリレー及びブレーカによる商用
電力系統に対する二重保護が図れる。

【００４６】また、インバータ動作停止中に商用電力系
統からインバータ回路へ過電流が流入することがなく、
インバータ回路のスイッチング素子およびその制御回路
などの耐用年数が短縮する虞れもない。

【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主制御部23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 系統連系インバータ装置 ３，36 商用電力系統 ４，35 負荷 ５，37 系統連系用リレー ６，33 ブレーカ ７ 第１電流検出手段 ８ 第１電圧検出手段 ９ 第２電流検出手段 10 第２電圧検出手段 11，37 保護継電回路 21，32 インバータ回路 22 出力制御部 23 主制御部 221 電力指令部 222 乗算手段 223 誤差増幅器 224 ＰＷＭコンパレータ（パルス幅変調手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 昌彦 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 (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 (1)

【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商用電力系統に連系して負
   荷に電力を供給する系統連系システムにおいて、 前記インバータ回路の出力側に設けられた自動復帰型の
   系統連系用リレーと、該系統連系用リレーと商用電力系
   統との間に設けられた手動復帰型のブレーカと、 前記直流電源の出力電圧が一定電圧値以下となった場
   合、または前記商用電力系統との連系点電圧が一定範囲
   外となった場合に前記インバータ回路の待機状態である
   と判断して、前記系統連系用リレーに解列指令信号を送
   出すると共に、前記インバータ回路の出力電流が一定電
   流値以上となった場合に前記インバータ回路の故障状態
   であると判断して、前記系統連系用リレーおよび前記ブ
   レーカに解列指令信号を送出する保護継電回路とを備
   え、 前記保護継電回路は、前記ブレーカの接点状態を検出
   し、前記インバータ回路の故障状態時に該ブレーカの接
   点が閉成状態となった場合には、即座に前記ブレーカへ
   解列指令信号を送出することを特徴とする系統連系シス
   テム。