JP2013229960A

JP2013229960A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2013229960A
Application number: JP2012098815A
Authority: JP
Inventors: Yu Kishiwada; 優岸和田; Daisuke Tajima; 大介田嶌; Yukimori Kishida; 行盛岸田; Hiroshi Ito; 寛伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-11-07

Abstract

【課題】自立運転時の安全性を高めた電力変換装置を得ること。
【解決手段】本発明は、電力系統から切り離された状態で負荷に対する電力供給を行う自立運転が可能な電力変換装置であって、直流電力を交流電力へ変換する電力変換手段（コンバータ１１０，インバータ１３０，コンデンサ１２０Ａ、１２０Ｂ、１５０Ａおよび１５０Ｂ，リアクトル１４０Ａおよび１４０Ｂ）と、電力系統に接続された状態と電力系統から切り離された状態とを切り替える開閉器１９０と、自立運転時に電力供給対象とする負荷の接続および切り離しを行う自立運転用端子台１８０と、電力変換手段の前段において地絡検知を行う地絡検知器１００と、電力変換手段の後段であり、かつ開閉器１９０および自立運転用端子台１８０前段において地絡検知を行う地絡検知器１６０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、系統連系する電力変換装置に関するものである。

系統連系する電力変換装置では、一般的に入力側や出力側での地絡を検知する機能を有しており、電力変換装置の利用者や施工者業者が過って感電し、地絡してしまった場合などに速やかに地絡を検知して安全を確保する。地絡を検知する機能は、地絡するおそれがある箇所を予め想定した上で、設置する場所を決めている。

例えば、系統連系する電力変換装置の一つである太陽光発電用パワーコンディショナが特許文献１に記載されている。このパワーコンディショナでは、特許文献１の図１に示されているように、地絡を検知する機能であるＺＣＴ（零相変流器）が系統との連系や解列をするためのリレーの後段に設置してある。この場合は、太陽電池の負極側で地絡が発生した場合に大地を伝って系統側の接地を介して太陽電池の正極側へと地絡電流が流れる経路があり、その電流経路がＺＣＴを貫通しているので零相電流の検出により地絡したことを検知できる。

系統連系する電力変換装置（系統連系電力変換装置）には系統異常などにより解列した場合にのみ利用者の負荷（電気的なもの）へ電力変換装置が電力を供給することができる機能（以下、自立運転機能と記す）を有するものがある。

特許第４２０６９９８号公報

自立運転機能を有する従来の系統連系電力変換装置においては、系統連系時の地絡を想定しているが自立運転時の地絡を検知することまで想定していないため、自立運転時に利用者または施工業者が過って感電した場合の地絡を検知することができず、安全を確保できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、系統連系している状態、および自立運転を行っている状態のいずれにおいても、地絡事故が発生した場合に速やかに地絡を検知して安全に電力変換装置を停止することが可能な、安全性を高めた電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電力系統から切り離された状態で負荷に対する電力供給を行う自立運転が可能な電力変換装置であって、直流電力を交流電力へ変換する電力変換手段と、電力系統に接続された状態と電力系統から切り離された状態とを切り替える切り替え手段と、自立運転時に電力供給対象とする負荷の接続および切り離しを行う接続手段と、前記電力変換手段の前段において地絡検知を行う第１の地絡検出手段と、前記電力変換手段の後段であり、かつ前記切り替え手段および前記接続手段の前段において地絡検知を行う第２の地絡検出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、自立運転時に出力側（負荷側）で地絡事故が発生しても確実に検知することができるようになり、安全性を高めた電力変換装置を得ることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる電力変換装置の構成例を示す図である。図２は、電力変換装置の構成例を示す図である。図３は、図１の電力変換装置が系統連系しているときの構成を示す図である。図４は、図３に示した構成で地絡が発生した場合の地絡電流の経路を示す図である。図５は、図１の電力変換装置が自立運転しているときの構成を示す図である。図６は、図５に示した構成で地絡が発生した場合の地絡電流の経路を示す図である。図７は、図２の電力変換装置が自立運転しているときの構成および地絡電流の経路を示す図である。

以下に、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる電力変換装置の構成例を示す図である。本実施の形態の電力変換装置は、入力機器９０と、地絡検知器１００と、コンバータ１１０と、コンデンサ１２０Ａおよび１２０Ｂと、インバータ１３０と、リアクトル１４０Ａおよび１４０Ｂと、コンデンサ１５０Ａおよび１５０Ｂと、地絡検知器１６０と、制御器１７０と、自立運転用端子台１８０と、開閉器１９０と、系統電圧２００と、を備える。この電力変換装置は、系統連系する電力変換装置であり、系統から解列された状態で利用者の負荷に対して電力を供給する自立運転機能を有している。

入力機器９０は、直流電力を出力する機器であり、例えば直流電源や太陽電池である。地絡検知器１００および１６０は、地絡事故を検知する回路であり、例えば、地絡電流を監視することにより地絡を検知する。例えばＺＣＴなどのように零相電流を検知可能な機器を利用する。なお、同様の機能を有し、地絡検知が可能であればこれに限定されない。

コンバータ１１０は、半導体スイッチ等により構成され、入力機器９０から出力された直流電力を入力とし、所望の直流電圧をコンデンサ１２０Ａおよび１２０Ｂに充電する。直列に接続されているコンデンサ１２０Ａと１２０Ｂの接続点（コンバータ１１０出力の中間電位点）が接地されている。インバータ１３０は、半導体スイッチ等により構成され、コンデンサ１２０Ａおよび１２０Ｂに充電された直流電圧を入力として、所望の交流電圧を出力する。

リアクトル１４０Ａおよび１４０Ｂとコンデンサ１５０Ａおよび１５０Ｂとは、インバータ１３０のそれぞれの出力をフィルタリングする。なお、同様の機能を実現可能であれば、図１の構成に限定されない。

制御器１７０は、コンバータ１１０やインバータ１３０の半導体スイッチのオンオフ制御するための制御信号を生成・出力する。また、地絡検知器１００または地絡検知器１６０の出力を受けて電力変換装置の運転を停止するなど、電力変換装置のあらゆる制御を行う。

自立運転用端子台１８０は、自立運転時に電力変換装置から電力が出力される箇所となっており、利用者が負荷機器２１０を接続することができる。開閉器１９０は、インバータ１３０側と系統側の電気的な接続を開閉する。開閉器１９０としては、例えばＭＣ（マグネット・コンタクタ）やリレーなどが挙げられるが、同機能を有していればこれに限定されない。

なお、図２に示した構成も考えられるが、安全性の向上のためには、図１の構成とするのが望ましい。理由については別途示す。

図３は、図１の電力変換装置が系統連系しているときの構成を示す図である。この構成では、系統側で地絡が発生した場合、および入力側で地絡が発生した場合の両方の場合において、図４の太破線のように地絡電流が流れる。そのため、地絡検知器１００および１６０にてそれぞれの地絡を検知することが可能である。

また、図５は、図１の電力変換装置が自立運転しているときの構成を示す図である。この構成では、負荷側で地絡が発生した場合、および入力側で地絡が発生した場合の両方の場合において、図６の太破線のように地絡電流が流れる。そのため、地絡検知器１００および１６０にてそれぞれの地絡を検知することが可能である。

図７は、図２の電力変換装置が自立運転しているときの構成および地絡電流の経路を示す図である。この構成では、入力側で地絡が発生した場合には太破線のように地絡電流が流れるので地絡検知器１００にて地絡を検知することが可能である。しかしながら、負荷側で地絡が発生した場合には、地絡検知器１６０を介さず太破線のように地絡電流が流れるため、地絡を検知することができない。このとき、利用者および施工業者が過って感電した場合に安全が確保できない。

このように、本実施の形態の電力変換装置は、コンバータ１１０の前段において地絡検知を行う地絡検知器１１０と、インバータ１３０の後段であり、かつ、電力系統に接続された状態と電力系統から切り離された状態とを切り替える開閉器１９０および自立運転時に負荷を接続する接続端子（自立運転用端子台１８０）の前段において地絡検知を行う地絡検知器１６０と、を備えることとした。これにより、電力系統に接続された状態、および自立運転時のいずれにおいても、電力変換装置の出力側（電力系統側，負荷側）で発生した地絡事故を確実に検知することができるようになり、安全性を高めることができる。

以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、系統から切り離された状態で負荷に電力を供給する自立運転が可能な電力変換装置として有用である。

９０入力機器
１００，１６０地絡検知器
１１０コンバータ
１２０Ａ，１２０Ｂ，１５０Ａ，１５０Ｂコンデンサ
１３０インバータ
１４０Ａ，１４０Ｂリアクトル
１７０制御器
１８０自立運転用端子台
１９０開閉器
２００系統電圧

Claims

電力系統から切り離された状態で負荷に対する電力供給を行う自立運転が可能な電力変換装置であって、
直流電力を交流電力へ変換する電力変換手段と、
電力系統に接続された状態と電力系統から切り離された状態とを切り替える切り替え手段と、
自立運転時に電力供給対象とする負荷の接続および切り離しを行う接続手段と、
前記電力変換手段の前段において地絡検知を行う第１の地絡検出手段と、
前記電力変換手段の後段であり、かつ前記切り替え手段および前記接続手段の前段において地絡検知を行う第２の地絡検出手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
前記第２の地絡検出手段は、零相電流を監視して地絡検知を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。