JP2016093071A

JP2016093071A - 系統連系インバータ装置

Info

Publication number: JP2016093071A
Application number: JP2014228808A
Authority: JP
Inventors: 中林　弘一; Koichi Nakabayashi; 弘一中林; 和彦内藤; Kazuhiko Naito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】誤動作の要因となる系統電圧の周期の誤検出を低減可能な系統連系インバータ装置を得ること。
【解決手段】交流電力系統２と接続する系統連系インバータ装置３であって、交流電力系統２の系統電圧の電圧値を検出する系統電圧検出部７と、系統電圧の電圧値の検出時期が、規定された検出時期の条件を満たすかどうかを判定し、条件を満たすまでは系統電圧の周期を求める演算を行わず、条件を満たしてから系統電圧の周期を求める演算を行う系統電圧周期検出部８と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電力系統と接続する系統連系インバータ装置に関する。

従来、系統連系インバータ装置では、接続する交流電力系統からの系統電圧の周期を検出し、インバータ制御、系統連系運転に利用している。系統電圧の周期は、系統電圧の変化において０Ｖとなるゼロクロス点を検出し、系統電圧が正から負になるときのゼロクロス点の間隔、または系統電圧が負から正になるときのゼロクロス点の間隔から求めることができる。下記特許文献１では、複数の系統電圧のサンプル値の平均値を用いることによって、ノイズの影響を排除してゼロクロス点を検出する技術が開示されている。

特許第３３９１１７８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、交流電力系統側の事故などで系統電圧の瞬時停電による電圧振動で過度的にゼロクロス点が発生する場合、ゼロクロス点を誤検出し、本来より短い系統電圧の周期を誤検出してしまう。そのため、系統連系インバータ装置では、誤検出した系統電圧の周期に基づいて短い周期でインバータ制御等を行うことで誤動作し、停止するおそれがある、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、誤動作の要因となる系統電圧の周期の誤検出を低減可能な系統連系インバータ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、交流電力系統と接続する系統連系インバータ装置であって、前記交流電力系統の系統電圧の電圧値を検出する系統電圧検出部と、前記系統電圧の電圧値の検出時期が、規定された検出時期の条件を満たすかどうかを判定し、前記条件を満たすまでは前記系統電圧の周期を求める演算を行わず、前記条件を満たしてから前記系統電圧の周期を求める演算を行う系統電圧周期検出部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、誤動作の要因となる系統電圧の周期の誤検出を低減できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかる系統連系インバータ装置の構成例を示す図系統電圧周期検出部が系統電圧の周期を検出する動作を示すフローチャート交流電力系統からの系統電圧が正常な状態を示す図交流電力系統からの系統電圧が低下した異常な状態を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる系統連系インバータ装置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、本発明の実施の形態にかかる系統連系インバータ装置３の構成例を示す図である。パワーコンディショナである系統連系インバータ装置３は、太陽光発電を行い、直流電力を出力する太陽電池モジュール１、および、系統連系インバータ装置３から交流電力の供給を受けることが可能な交流電力系統２と接続する。なお、直流電力側で接続する太陽電池モジュール１については、これに限定するものではなく、直流電力を出力するものであれば他の構成を用いてもよい。

系統連系インバータ装置３は、太陽電池モジュール１からの直流電力の電圧を昇圧する昇圧回路４と、昇圧回路４によって昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５と、交流電力系統２との間の接続をオンまたオフする連系用開閉器６と、連系用開閉器６より交流電力系統２側において交流電力系統２からの系統電圧の瞬時値である電圧値を検出する系統電圧検出部７と、系統電圧検出部７で検出された系統電圧の電圧値に基づいて系統電圧の周期を検出する系統電圧周期検出部８と、系統電圧周期検出部８で検出された系統電圧の周期を用いてインバータ回路５の動作を制御するインバータ制御部９と、を備える。

つづいて、系統連系インバータ装置３において、系統電圧周期検出部８が交流電力系統２からの系統電圧の周期を検出する動作について説明する。図２は、系統電圧周期検出部８が系統電圧の周期を検出する動作を示すフローチャートである。また、図３は、交流電力系統２からの系統電圧が正常な状態を示す図である。時系列的に系統電圧の電圧値の変化を示している。系統電圧周期検出部８は、定期的に系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得して、図２に示すフローチャートの動作を繰り返し実行する。

なお、図３では各点の間隔が空いている区間があるが、系統電圧周期検出部８では、この間も定期的に系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得して図２に示すフローチャートの動作を行っているものとする。ここでは、系統電圧周期検出部８において状態の変化がない部分の動作については説明を省略する。

まず、系統電圧周期検出部８は、図３のＡ点において系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、系統電圧の電圧値の取得時期が、系統電圧の周期の計測の起点から非演算期間を経過したかどうかを確認する（ステップＳ２）。

ここで、系統電圧の周期の計測の起点とは、前回求められた系統電圧の周期の終端側であって、図３ではＡ点の手前で系統電圧が負から正に変化したゼロクロス点である。系統電圧の周期を検出する動作の最初のときは、最初に検出したゼロクロス点を系統電圧の周期の計測の起点としてもよい。

また、非演算期間とは、系統電圧周期検出部８において系統電圧の周期を求める演算を行わない期間である。非演算期間は、系統電圧の周期の計測の起点から、前回求めた系統電圧の周期に対して規定された割合の長さの期間で設定する。例えば、非演算期間を、前回の系統電圧の周期の７５％の長さとなるように設定する。具体的に、交流電力の周波数が５０Ｈｚの場合、正常な状態であれば、１（ｓｅｃ）÷５０（Ｈｚ）×０．７５＝０．００１５（ｓｅｃ）となり、非演算期間は１５ｍｓｅｃとなる。同様に、交流電力の周波数が６０Ｈｚの場合、正常な状態であれば、１（ｓｅｃ）÷６０（Ｈｚ）×０．７５＝０．００１２５（ｓｅｃ）となり、非演算期間は１２．５ｍｓｅｃとなる。非演算期間を前回の系統電圧の周期の７５％の長さとするのは一例であって、これに限定するものではなく、７５％以外の割合としてもよい。

なお、非演算期間については、過去に求められた複数回の系統電圧の周期の平均値に対して規定された割合の長さとしてもよい。

系統電圧周期検出部８は、図３のＡ点では非演算期間を経過していないため（ステップＳ２：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図３のＢ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、系統電圧の電圧値は負の値になっているがＡ点と同様、非演算期間を経過していないため（ステップＳ２：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図３のＣ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、非演算期間を経過しているため（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、今回取得した系統電圧の電圧値が前回取得した系統電圧の電圧値に対して正から負または負から正に変化したかどうかを判断する（ステップＳ３）。系統電圧周期検出部８は、ここでは、系統電圧の電圧値は図示しない前回および今回で共に負の値であることから（ステップＳ３：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図３のＤ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、非演算期間を経過しているため（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、今回取得した系統電圧の電圧値が前回取得した系統電圧の電圧値に対して正から負または負から正に変化したかどうかを判断する（ステップＳ３）。系統電圧周期検出部８は、ここでは、系統電圧の電圧値は図示しない前回および今回で共に負の値であることから（ステップＳ３：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図３のＥ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、非演算期間を経過しているため（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、今回取得した系統電圧の電圧値が前回取得した系統電圧の電圧値に対して正から負または負から正に変化したかどうかを判断する（ステップＳ３）。系統電圧周期検出部８は、前回の図３のＤ点のときと今回の図３のＥ点のときで系統電圧の電圧値は負から正に変化していることから（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、系統電圧の周期を演算して求める（ステップＳ４）。そして、系統電圧周期検出部８は、つぎの系統電圧の周期の測定のための起点および非演算期間を設定して（ステップＳ５）処理を終了する。

なお、系統電圧周期検出部８での系統電圧の周期の演算方法は、従来同様の方法でよい。系統電圧周期検出部８は、例えば、図３に示すＡ点以前から系統電圧の周期を検出する動作をしていた場合、図３のＡ点より手前のゼロクロス点であって、演算から求めた負から正へのゼロクロス点と、今回のＥ点で演算から求めたＥ点の手前の負から正へのゼロクロス点との間隔から系統電圧の周期を求めることかできる。

そして、系統電圧周期検出部８は、図３に示すＦ点では前述のＡ点と同様の動作を行い、以降、Ｂ点からＥ点までの動作を繰り返し実行する。これにより、系統電圧周期検出部８では、交流電力系統２からの系統電圧の周期を検出することができ、また、検出動作を繰り返し実行することで、最新の系統電圧の周期を把握することができる。

図３では、Ａ点の手前の負から正のゼロクロス点が前回の系統電圧の周期の終端であって、今回の系統電圧の周期の起点となる。そして、Ｄ点とＥ点の間の負から正のゼロクロス点が今回の系統電圧の周期の終端であって、次回の系統電圧の周期の起点となる。系統電圧周期検出部８は、系統電圧の周期の起点間の間隔または終端間の間隔から周期を求める。すなわち、系統電圧周期検出部８は、系統電圧の電圧値が前回ステップＳ２の条件を満たした後に負から正になったときのゼロクロス点から、系統電圧の電圧値がつぎにステップＳ２の条件を満たした後に負から正になったときのゼロクロス点までの間隔から周期を求める。なお、ここでは負から正のゼロクロス点の間隔から系統電圧の周期を求めているが、一例であり、正から負のゼロクロス点の間隔から系統電圧の周期を求めてもよい。

つづいて、交流電力系統２が瞬時停電して系統電圧が低下した場合の系統電圧周期検出部８が交流電力系統２からの系統電圧の周期を検出する動作について説明する。図４は、交流電力系統２からの系統電圧が低下した異常な状態を示す図である。系統電圧が急激に低下しており、系統連系インバータ装置３内の配線のインピーダンスの影響により、系統電圧が振動して頻繁にゼロクロスが発生している状態を示す。なお、系統電圧周期検出部８の動作は、図３の場合と同様、図２に示すフローチャートに基づいて行われる。図４に示すＡ点の動作は、図３に示す正常な場合と同じである。また、図４に示す各点の間隔が空いている区間は、図３の場合と同様、系統電圧周期検出部８の状態に変化がないため説明を省略する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＧ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、系統電圧の電圧値が急激に低下しているが、非演算期間を経過していないため（ステップＳ２：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＨ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、系統電圧の電圧値が負の値になっているが前回までと同様、非演算期間を経過していないため（ステップＳ２：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＩ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、系統電圧の電圧値が正の値になっているが前回までと同様、非演算期間を経過していないため（ステップＳ２：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＪ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、系統電圧の電圧値が負の値になっているが前回までと同様、非演算期間を経過していないため（ステップＳ２：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＫ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、系統電圧の電圧値が０になっているが前回までと同様、非演算期間を経過していないため（ステップＳ２：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＬ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、非演算期間を経過しているため（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、今回取得した系統電圧の電圧値が前回取得した系統電圧の電圧値に対して正から負または負から正に変化したかどうかを判断する（ステップＳ３）。系統電圧周期検出部８は、図示しない前回のときの電圧値は０で今回の図４のＬ点の電圧値は負の値であり、電圧値は正から負または負から正の値に変化していないことから（ステップＳ３：Ｎｏ）、処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＭ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、非演算期間を経過しているため（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、今回取得した系統電圧の電圧値が前回取得した系統電圧の電圧値に対して正から負または負から正に変化したかどうかを判断する（ステップＳ３）。系統電圧周期検出部８は、ここでは、系統電圧の電圧値は図示しない前回および今回で共に負の値であることから（ステップＳ３：Ｎｏ）処理を終了する。

系統電圧周期検出部８は、図４のＮ点で系統電圧検出部７から系統電圧の電圧値を取得し（ステップＳ１）、非演算期間を経過しているため（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、今回取得した系統電圧の電圧値が前回取得した系統電圧の電圧値に対して正から負または負から正に変化したかどうかを判断する（ステップＳ３）。系統電圧周期検出部８は、前回の図４のＭ点のときと今回の図４のＮ点のときで系統電圧の電圧値は負から正の値に変化していることから（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、系統電圧の周期を演算して求める（ステップＳ４）。そして、系統電圧周期検出部８は、つぎの系統電圧の周期の測定のための起点および非演算期間を設定して（ステップＳ５）処理を終了する。以降の動作は、図３に示す正常な場合と同様である。

このように、系統電圧周期検出部８は、図４に示す系統電圧が異常な場合では、図３に示す系統電圧が正常な場合と比較して、系統電圧について長い周期を検出してしまう。しかしながら、系統電圧周期検出部８は、図４に示すようにＧ点からＫ点までの間で系統電圧の電圧値が頻繁に正から負または負から正に変化していても、非演算期間を経過していないため、系統電圧の周期を求める処理は行わない。すなわち、系統電圧周期検出部８は、図４に示すＧ点からＫ点までの間でゼロクロス点が頻繁に発生しても、極端に周期の短い系統電圧の周期を求めることはないため、誤った系統電圧の周期の情報をインバータ制御部９へ通知しない。

系統連系インバータ装置３では、系統電圧の周期が誤って通常よりも長く検出されても、それが連続的に発生することは少ない（頻度が少ない）ため、インバータ制御部９の制御で対応することができるが、系統電圧の周期が誤って通常よりも極端に短く検出された場合、例えば前述した系統電圧が振動して頻繁にゼロクロスが発生するような場合は、連続的に発生することが多い（頻度が多い）ので、インバータ制御部９の制御で対応できないため、インバータ回路５が誤動作し、系統連系インバータ装置３の動作が停止してしまうおそれがある。本実施の形態では、インバータ制御部９が、極端に短い系統電圧の周期に基づいてインバータ回路５を制御することはないので、インバータ回路５が誤動作し、系統連系インバータ装置３の動作が停止してしまう状態を回避することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、系統電圧周期検出部８は、系統電圧の電圧値の検出時期が規定された検出時期の条件を満たしてから、すなわち、系統電圧の周期を演算しない非演算期間を経過してから系統電圧の周期を求める演算を行い、規定された検出時期の条件を満たすまでは系統電圧の周期を求める演算を行わないこととした。これにより、交流電力系統２で異常が発生し、系統電圧の振動によりゼロクロス点が短時間で頻繁に検出される場合であっても、誤動作の要因となる系統電圧の周期の誤検出を低減することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１太陽電池モジュール、２交流電力系統、３系統連系インバータ装置、４昇圧回路、５インバータ回路、６連系用開閉器、７系統電圧検出部、８系統電圧周期検出部、９インバータ制御部。

Claims

交流電力系統と接続する系統連系インバータ装置であって、
前記交流電力系統の系統電圧の電圧値を検出する系統電圧検出部と、
前記系統電圧の電圧値の検出時期が、規定された検出時期の条件を満たすかどうかを判定し、前記条件を満たすまでは前記系統電圧の周期を求める演算を行わず、前記条件を満たしてから前記系統電圧の周期を求める演算を行う系統電圧周期検出部と、
を備えることを特徴とする系統連系インバータ装置。
前記系統電圧周期検出部は、前回求めた系統電圧の周期の終端側を今回の系統電圧の周期の測定の起点とし、前記起点から、過去の演算で求めた前記系統電圧の周期に基づいて前記系統電圧の周期を演算しない非演算期間を設定し、前記系統電圧検出部から前記系統電圧の電圧値を取得した時期が前記非演算期間経過後の場合、前記条件を満たしたと判定し、前記条件を満たしてから、つぎに前記系統電圧の電圧値が負から正または正から負に変化したときのゼロクロス点を用いて前記系統電圧の周期を求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
前記系統電圧周期検出部は、前回求めた系統電圧の周期に対して規定された割合の長さを前記非演算期間とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の系統連系インバータ装置。
前記系統電圧周期検出部は、過去に求めた複数回の系統電圧の周期の平均値に対して規定された割合の長さを前記非演算期間とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の系統連系インバータ装置。
前記系統電圧周期検出部は、前記系統電圧の電圧値が前回前記条件を満たした後に負から正になったときのゼロクロス点から前記系統電圧の電圧値がつぎに前記条件を満たした後に負から正になったときのゼロクロス点までの間隔、または、前記系統電圧の電圧値が前回前記条件を満たした後に正から負になったときのゼロクロス点から前記系統電圧の電圧値がつぎに前記条件を満たした後に正から負になったときのゼロクロス点までの間隔を前記系統電圧の周期とする、
ことを特徴とする請求項２，３または４に記載の系統連系インバータ装置。