JP2013192353A - インバータ試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの試験を行うための交流負荷を模擬することのできるインバータ試験装置を提供することにある。
【解決手段】交流電力系統と系統連系するインバータ２１を試験するためのインバータ試験装置１であって、交流電力を出力する負荷模擬用インバータ１１と、負荷模擬用インバータ１１から出力される交流電力を、インバータ２１の交流負荷を模擬するように制御する制御装置１２とを備えたインバータ試験装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータの試験に用いられる装置に関する。

一般に、太陽光発電システムなどの分散型電源システムには、交流電力系統と連系するために、インバータが用いられる。このようなインバータでは、単独運転を防止するための機能を求められることがある（例えば、特許文献１参照）。

例えば、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)１５４７の規格では、次のような単独運転防止(anti-islanding)試験をすることを求めている。

まず、単独運転防止試験をするためには、交流電力系統とインバータとが連系するように回路を構成する。この回路に、交流電力系統及びインバータから交流電力が供給されるように交流負荷を接続する。この交流負荷は、インダクタンスとキャパシタンスを同じ値にする。次に、交流電力系統とインバータの並列運転により、交流負荷に電力を供給し、交流負荷を共振させる。この共振状態で、交流電力系統を回路から切り離して、インバータの単独運転にする。このとき、インバータは、単独で交流負荷に電力供給する状態になる。単独運転防止試験は、このようにした単独運転状態で、インバータが自動的に停止することを確認する。

特開２００８−１０４２６２号公報

しかしながら、上述のような試験をするために設ける交流負荷は、試験対象となるインバータの容量が大きくなる程、容量を大きくする必要がある。このため、インバータが大型である場合、交流負荷も大型になる。

そこで、本発明の目的は、インバータの試験を行うための交流負荷を模擬することのできるインバータ試験装置を提供することにある。

本発明の観点に従ったインバータ試験装置は、交流電力系統と系統連系するインバータを試験するためのインバータ試験装置であって、交流電力を出力する交流電力出力手段と、前記交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記インバータの交流負荷を模擬するように制御する交流電力制御手段とを備えている。

本発明によれば、インバータの試験を行うための交流負荷を模擬することのできるインバータ試験装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る交流負荷模擬装置の適用された試験回路を示す構成図。 本発明の第２の実施形態に係る交流負荷模擬装置の適用された試験回路を示す構成図。 本発明の第３の実施形態に係る交流負荷模擬装置の適用された試験回路を示す構成図。 本発明の第４の実施形態に係る交流負荷模擬装置の適用された試験回路を示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る交流負荷模擬装置１の適用された試験回路１０を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

試験回路１０は、交流負荷模擬装置１と、３つの交流負荷用抵抗器２と、３つの交流負荷用コンデンサ３と、インバータ２１と、電力系統模擬電源２２と、インバータ側遮断器２３と、系統側遮断器２４とを含む構成である。

インバータ２１は、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４とを順次に介して、電力系統模擬電源２２と接続されている。インバータ２１は、試験対象となる装置である。インバータ２１は、電力系統模擬電源２２と系統連系するために、出力する三相交流電力を制御する。インバータ２１は、電力系統模擬電源２２と系統連系して、交流負荷１，２，３に交流電力を供給する。

電力系統模擬電源２２は、グリッドを模擬するための電源である。電力系統模擬電源２２は、三相交流電力を発生させる。電力系統模擬電源２２は、インバータ２１と系統連系して、交流負荷１，２，３に交流電力を供給する。

インバータ側遮断器２３は、試験回路１０からインバータ２１を切り離すための開閉器である。

系統側遮断器２４は、試験回路１０から電力系統模擬電源２２を切り離すための開閉器である。

交流負荷模擬装置１は、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間に接続されている。交流負荷模擬装置１は、インバータ２１の単独運転防止試験をするために、受動負荷のインダクタンスを模擬するための試験装置である。

３つの交流負荷用抵抗器２は、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間の回路の各線間に設けられている。交流負荷用抵抗器２は、受動負荷の抵抗を模擬するための受動素子である。

３つの交流負荷用コンデンサ３は、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間の回路の各線間に設けられている。交流負荷用コンデンサ３は、それぞれ交流負荷用抵抗器２と並列に接続されている。交流負荷用コンデンサ３は、受動負荷のキャパシタンスを模擬するための受動素子である。

交流負荷模擬装置１は、負荷模擬用インバータ１１と、制御装置１２と、コンデンサ１３とを備えている。

負荷模擬用インバータ１１の交流側は、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間の各相に接続されている。負荷模擬用インバータ１１の直流側には、コンデンサ１３が接続されている。なお、コンデンサ１３は、負荷模擬用インバータ１１に内蔵されているコンデンサでもよい。よって、負荷模擬用インバータ１１の直流端子に、必ずしもコンデンサを接続する必要はない。

制御装置１２は、負荷模擬用インバータ１１の交流出力を交流負荷のインダクタンスを模擬するように制御する。例えば、交流負荷用抵抗器２の負荷電力が５００[ｋＷ]、交流負荷用コンデンサ３の負荷電力が５００［ｋｖａｒ］の場合、制御装置１２は、交流負荷用コンデンサ３と符号が逆のリアクタンスの５００［ｋｖａｒ］の負荷電力となるように負荷模擬用インバータ１１を制御する。これにより、交流負荷用コンデンサ３は共振する。

単独運転防止試験は、制御装置１２の制御により共振させた後に、系統側遮断器２４を開放する。これにより、インバータ２１は、単独で交流負荷に電力を供給する状態となる。試験条件としては、例えば、系統連系している状態では、インバータ２１の交流負荷への電力の供給率は例えば９８％にする。系統側遮断器２４を開放することで、インバータ２１の交流負荷への電力の供給率は１００％（単独運転状態）になる。単独運転防止試験は、この単独運転状態で、インバータ２１が自動的に停止することを確認する。

本実施形態によれば、試験用に交流負荷としてリアクトル（インダクタ）を設けなくても、インダクタンスを模擬するように交流負荷模擬装置１を制御することで、単独運転防止試験を行うことができる。

これにより、試験対象であるインバータ２１が大容量であっても、単独運転防止試験のために、大容量のリアクトルを設ける必要がない。従って、インバータ２１の容量を増加させた場合に、単独運転防止試験を行うための回路に掛かる費用及び回路の規模を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る交流負荷模擬装置１Ａの適用された試験回路１０Ａを示す構成図である。

試験回路１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る試験回路１０において、交流負荷模擬装置１を交流負荷模擬装置１Ａに代え、３つの交流負荷用コンデンサ３を３つの交流負荷用リアクトル４に代えたものである。その他は、第１の実施形態に係る試験回路１０と同様である。

３つの交流負荷用リアクトル４は、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間の回路の各線間に設けられている。交流負荷用リアクトル４は、それぞれ交流負荷用抵抗器２と並列に接続されている。交流負荷用リアクトル４は、受動負荷のインダクタンスを模擬するための受動素子である。

交流負荷模擬装置１Ａは、第１の実施形態に係る交流負荷模擬装置１において、制御装置１２を制御装置１２Ａに代えたものである。その他は、第１の実施形態に係る交流負荷模擬装置１と同様である。

制御装置１２Ａは、負荷模擬用インバータ１１の交流出力を交流負荷のキャパシタンスを模擬するように制御する。例えば、交流負荷用抵抗器２の負荷電力が５００[ｋＷ]、交流負荷用リアクトル４の負荷電力が５００［ｋｖａｒ］の場合、制御装置１２Ａは、交流負荷用リアクトル４と符号が逆のリアクタンスの５００［ｋｖａｒ］の負荷電力となるように負荷模擬用インバータ１１を制御する。これにより、交流負荷用リアクトル４は共振する。

単独運転防止試験の実施方法は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、試験用に交流負荷としてコンデンサを設けなくても、キャパシタンスを模擬するように交流負荷模擬装置１Ａを制御することで、単独運転防止試験を行うことができる。

これにより、試験対象であるインバータ２１が大容量であっても、単独運転防止試験のために、大容量のコンデンサを設ける必要がなくなる。従って、インバータ２１の容量を増加させた場合に、単独運転防止試験を行うための回路に掛かる費用及び回路の規模を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る交流負荷模擬装置１Ｂの適用された試験回路１０Ｂを示す構成図である。

試験回路１０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る試験回路１０において、交流負荷模擬装置１を交流負荷模擬装置１Ｂに代え、３つの交流負荷用抵抗器２を３つの交流負荷用リアクトル４に代え、交流電源２５を追加したものである。その他は、第１の実施形態に係る試験回路１０と同様である。

交流負荷模擬装置１Ｂは、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間に接続されている。交流負荷模擬装置１Ｂは、単独運転防止試験をするために、受動負荷の抵抗を模擬するための試験装置である。交流負荷模擬装置１Ｂは、負荷模擬用電力変換装置１１Ｂと、制御装置１２Ｂとを備えている。

負荷模擬用電力変換装置１１Ｂは、ＢＴＢ(Back to Back)変換器として構成されている。負荷模擬用電力変換装置１１Ｂは、インバータ１１１と、コンバータ１１２とを備えている。インバータ１１１の直流側は、コンバータ１１２の直流側と接続されている。インバータ１１１の交流側は、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間の回路の各相に接続されている。コンバータ１１２の交流側は、交流電源２５と接続されている。

負荷模擬用電力変換装置１１Ｂは、インバータ２１及び電力系統模擬電源２２から供給される交流電力を交流電源２５に同期する交流電力に変換する。負荷模擬用電力変換装置１１Ｂは、変換した交流電力を交流電源２５に供給する。

制御装置１２Ｂは、負荷模擬用電力変換装置１１Ｂの交流出力を交流負荷の抵抗を模擬するように制御する。例えば、交流負荷用コンデンサ３の負荷電力及び交流負荷用リアクトル４の負荷電力がともに５００［ｋｖａｒ］の場合、制御装置１２Ｂは、５００［ｋＷ］の負荷電力となるように負荷模擬用電力変換装置１１Ｂを制御する。このとき、交流負荷用コンデンサ３及び交流負荷用リアクトル４は、共振する。

単独運転防止試験の実施方法は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、試験用に交流負荷として抵抗器を設けなくても、抵抗を模擬するように交流負荷模擬装置１Ｂを制御することで、単独運転防止試験を行うことができる。

これにより、試験対象であるインバータ２１が大容量であっても、単独運転防止試験のために、大容量の抵抗器を設ける必要がなくなる。従って、インバータ２１の容量を増加させた場合に、単独運転防止試験を行うための回路に掛かる費用及び回路の規模を抑制することができる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る交流負荷模擬装置１Ｃの適用された試験回路１０Ｃを示す構成図である。

試験回路１０Ｃは、図１に示す第１の実施形態に係る試験回路１０において、交流負荷模擬装置１を交流負荷模擬装置１Ｃに代え、３つの交流負荷用抵抗器２及び３つの交流負荷用コンデンサ３を取り除いたものである。その他は、第１の実施形態に係る試験回路１０と同様である。

交流負荷模擬装置１Ｃは、インバータ側遮断器２３と系統側遮断器２４との間に接続されている。交流負荷模擬装置１Ｃは、インバータ２１の単独運転防止試験をするために、受動負荷を模擬するための試験装置である。

交流負荷模擬装置１Ｃは、インダクタンス模擬用インバータ１１ｉと、キャパシタンス模擬用インバータ１１ｃと、２つのコンデンサ１３と、第３の実施形態に係る抵抗模擬用電力変換装置１１Ｂと、制御装置１２Ｃとを備えている。ここで、インダクタンス模擬用インバータ１１ｉは、第１の実施形態に係る負荷模擬用インバータ１１と同じものである。また、キャパシタンス模擬用インバータ１１ｃは、第２の実施形態に係る負荷模擬用インバータ１１と同じものである。インダクタンス模擬用インバータ１１ｉ及びキャパシタンス模擬用インバータ１１ｃの直流側には、第１の実施形態と同様に、それぞれコンデンサ１３が接続されている。

制御装置１２Ｃは、インダクタンス模擬用インバータ１１ｉの交流出力を交流負荷のインダクタンスを模擬するように制御する。制御装置１２Ｃは、キャパシタンス模擬用インバータ１１ｃの交流出力を交流負荷のキャパシタンスを模擬するように制御する。制御装置１２Ｃは、抵抗模擬用電力変換装置１１Ｂの交流出力を交流負荷の抵抗を模擬するように制御する。これにより、制御装置１２Ｃは、交流出力を試験条件のインピーダンスを模擬するように制御する。

例えば、制御装置１２Ｃは、抵抗による負荷電力が５００[ｋＷ]、インダクタンスによる負荷電力が５００［ｋｖａｒ］、及びキャパシタンスによる負荷電力が５００［ｋｖａｒ］となるように交流出力を制御する。これにより、試験回路１０に共振が起きる。

単独運転防止試験の実施方法は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、試験用に交流負荷を設けなくても、試験条件のインピーダンスを模擬するように交流電力の出力を制御することで、単独運転防止試験を行うことができる。

これにより、試験対象であるインバータ２１が大容量であっても、単独運転防止試験のために、大容量の交流負荷を設ける必要がなくなる。従って、インバータ２１の容量を増加させた場合に、単独運転防止試験を行うための回路に掛かる費用及び回路の規模を抑制することができる。

なお、各実施形態において、抵抗、インダクタンス、又はキャパシタンスのうちいずれか１つ又は全部を模擬する交流負荷模擬装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃについて説明したが、これら以外の組合せの交流負荷を構成してもよい。即ち、抵抗、インダクタンス、又はキャパシタンスのうちいずれか２つの組合せの交流負荷を模擬する交流負荷模擬装置も、同様に構成することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…交流負荷模擬装置、２…交流負荷用抵抗器、３…交流負荷用コンデンサ、１０…試験回路、１１…負荷模擬用インバータ、１２…制御装置、１３…コンデンサ、２１…インバータ、２２…電力系統模擬電源、２３…インバータ側遮断器、２４…系統側遮断器。

Claims (10)

1. 交流電力系統と系統連系するインバータを試験するためのインバータ試験装置であって、
   交流電力を出力する交流電力出力手段と、
   前記交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記インバータの交流負荷を模擬するように制御する交流電力制御手段と
   を備えたことを特徴とするインバータ試験装置。
2. 前記交流電力制御手段は、前記交流負荷として設けられているコンデンサと共振するリアクトルを模擬するように制御すること
   を特徴とする請求項１に記載のインバータ試験装置。
3. 前記交流電力制御手段は、前記交流負荷として設けられているリアクトルと共振するコンデンサを模擬するように制御すること
   を特徴とする請求項１に記載のインバータ試験装置。
4. 前記交流電力制御手段は、前記交流負荷として抵抗を模擬するように制御すること
   を特徴とする請求項１に記載のインバータ試験装置。
5. 交流電力系統と系統連系するインバータを試験するためのインバータ試験装置であって、
   交流電力を出力する第１の交流電力出力手段と、
   前記第１の交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記インバータの交流負荷としてリアクトルを模擬するように制御する第１の交流電力制御手段と、
   交流電力を出力する第２の交流電力出力手段と、
   前記第２の交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記第１の交流電力制御手段により模擬された前記リアクトルと共振するコンデンサを模擬するように制御する第２の交流電力制御手段と、
   交流電力を出力する第３の交流電力出力手段と、
   前記第３の交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記交流負荷として抵抗を模擬するように制御する第３の交流電力制御手段と
   を備えたことを特徴とするインバータ試験装置。
6. 交流電力系統と系統連系するインバータを試験するためのインバータ試験回路であって、
   前記インバータを前記インバータ試験回路から切り離すための第１の遮断器と、
   前記交流電力系統を前記インバータ試験回路から切り離すための第２の遮断器と、
   交流電力を出力する交流電力出力手段と、
   前記交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記インバータの交流負荷を模擬するように制御する交流電力制御手段と
   を備えたことを特徴とするインバータ試験回路。
7. 前記交流負荷として設けられたコンデンサを備え、
   前記交流電力制御手段は、前記コンデンサと共振するリアクトルを模擬するように制御すること
   を特徴とする請求項６に記載のインバータ試験回路。
8. 前記交流負荷として設けられたリアクトルを備え、
   前記交流電力制御手段は、前記リアクトルと共振するコンデンサを模擬するように制御すること
   を特徴とする請求項６に記載のインバータ試験回路。
9. 前記交流負荷として設けられたリアクトルと、
   前記交流負荷として設けられたコンデンサとを備え、
   前記交流電力制御手段は、前記交流負荷として抵抗を模擬するように制御すること
   を特徴とする請求項６に記載のインバータ試験回路。
10. 交流電力系統と系統連系するインバータを試験するためのインバータ試験回路であって、
    前記インバータを前記インバータ試験回路から切り離すための第１の遮断器と、
    前記交流電力系統を前記インバータ試験回路から切り離すための第２の遮断器と、
    交流電力を出力する第１の交流電力出力手段と、
    前記第１の交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記インバータの交流負荷としてリアクトルを模擬するように制御する第１の交流電力制御手段と、
    交流電力を出力する第２の交流電力出力手段と、
    前記第２の交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記第１の交流電力制御手段により模擬された前記リアクトルと共振するコンデンサを模擬するように制御する第２の交流電力制御手段と、
    交流電力を出力する第３の交流電力出力手段と、
    前記第３の交流電力出力手段から出力される交流電力を、前記交流負荷として抵抗を模擬するように制御する第３の交流電力制御手段と
    を備えたことを特徴とするインバータ試験回路。

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