JP3519760B2 - 単独運転検出装置 - Google Patents

単独運転検出装置

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JP3519760B2
JP3519760B2 JP27521193A JP27521193A JP3519760B2 JP 3519760 B2 JP3519760 B2 JP 3519760B2 JP 27521193 A JP27521193 A JP 27521193A JP 27521193 A JP27521193 A JP 27521193A JP 3519760 B2 JP3519760 B2 JP 3519760B2
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政樹 湯郷
健仁 井家
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧形電流制御方式の
インバータを用いた系統連系システムにおける単独運転
検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、太陽電池や燃料電池などの数KW
程度の直流電源と、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と連系(接
続)し、家電製品などの負荷に給電する系統連系システ
ムが種々提案されている。
【0003】系統連系システムでは、商用電力系統の保
全作業の安全を確保するため、商用電力系統の不測の停
電時及び作業停電時において、直ちにインバータの動作
を停止させるか、又は直ちに開閉器を作動させて連系を
解除することにより、インバータを商用電力系統から解
列させる機能、すなわちインバータ回路の単独運転を防
止する機能が不可欠である。
【0004】従来の系統連系システムは、インバータの
出力電圧変動や出力周波数変動により系統停電を検出
し、インバータを商用電力系統から解列させるように構
成されていた。しかし、このような系統連系システムで
は、インバータの出力電力と負荷の消費電力とがほぼ等
しい負荷平衡状態のときには、インバータの出力電圧や
出力周波数がほとんど変動しないことから、系統停電を
検出できないという問題があった。
【0005】そこで、周波数変動による系統停電の検出
を確実なものにするため、インバータにおけるフィード
バック制御に際して、制御目標値に数ヘルツ程度のゆら
ぎを与えておき、停電時にインバータの出力周波数を積
極的に変化させる能動的検出方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】連系点には、各種高調
波成分や負荷変動による低周波成分などのノイズが重畳
するので、系統停電による周波数変動を誤りなく検出す
ることが困難であるという問題があった。
【0007】本発明は、検出精度の向上を図ることを目
的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る装
置は、上述の課題を解決するため、商用周波数より低い
低周波成分を重畳した電流を出力する電圧形電流制御方
式の連系用インバータの単独運転検出装置であって、前
記インバータと商用電力系統との連系点の電圧の前記低
周波成分を抽出する電圧波形抽出手段と、前記インバー
タの出力電流の前記低周波成分を抽出する電流波形抽出
手段と、前記電圧波形抽出手段及び電流波形抽出手段の
それぞれの出力の積を求める乗算手段と、前記積が閾値
を越えたときに単独運転検出信号を出力する比較手段と
を備える。
【0009】請求項2の発明に係る装置は、前記連系点
の電圧の絶対値を前記電圧波形抽出手段に入力させる全
波整流回路と、前記インバータの出力電流の絶対値を前
記電流波形抽出手段に入力させる全波整流回路とを備え
る。
【0010】請求項3の発明に係る装置は、前記電圧波
形抽出手段及び電流波形抽出手段が、それぞれ2次以上
の高次フィルタ回路を含んで構成される。
【0011】
【作用】連系運転時には、インバータの出力電流の変化
は、商用電力系統によって吸収され、連系点の電圧周波
数はほぼ商用周波数に維持される。
【0012】系統停電時には、インバータの出力電流の
変化にともなって負荷電圧も変化し、連系点の電圧にイ
ンバータの出力電流と同相の低周波成分が重畳する。イ
ンバータの出力電流の低周波成分と、連系点の電圧の低
周波成分とをそれぞれ抽出して掛け合わせることによ
り、同相成分が強調されて大きな信号変化として現れる
ので、電流ノイズ及び電圧ノイズの影響が軽減されるこ
とになり、系統停電に起因するインバータの出力変化を
高精度で検出できる。
【0013】
【実施例】図1は本発明に係る単独運転検出装置40を
備えた太陽光発電システム1のブロック図、図2は図1
のインバータ20のブロック図である。
【0014】図1において、太陽光発電システム1は、
定格電圧が200V程度の太陽電池10、電圧形電流制
御方式のインバータ20、系統保護用の開閉装置30、
及び単独運転検出装置40から構成され、図示しない変
圧器などを介して商用電力系統2と連系されている。配
電線Lには各種の家電製品などの負荷Zが接続されてい
る。
【0015】インバータ20は、複数のスイッチング素
子からなるインバータ回路21及びその制御系22を有
している。図2に示すように、インバータ20において
は、日射量に応じて変動する太陽電池10の出力電圧V
1が、アイソレーションアンプなどによって検出され、
差動増幅器220によって太陽電池10の出力電圧V1
と電圧指令値Vrefとの差を増幅した入力誤差信号S
aが生成される。入力誤差信号Saは、乗算器221の
一方の入力信号となる。このとき、電圧指令値Vref
として、太陽電池10の最適動作点の近辺の値が設定さ
れる。ただし、インバータ20の単独運転を検出するた
めに、電圧指令値Vrefには、4Hz程度の低周波の
重畳によって、ゆらぎが与えられる。
【0016】乗算器221には、他方の入力信号とし
て、変圧器24とバンドパスフィルタ224とによって
抽出された連系点電圧V3の基本周波数成分が入力され
る。そして、入力誤差信号Saと基本周波数成分との乗
算によって制御の目標値を示す電流指令値信号Siが生
成される。つまり、入力誤差信号Saによってインバー
タ回路2の出力電流の大きさ(振幅)が設定され、連系
点の系統電圧によって出力電流の位相が設定される。
【0017】電流指令値信号Siと、変流器23などに
よって検出された実際の出力電流値とが演算増幅器(エ
ラーアンプ)222に入力され、電流誤差信号SΔiが
生成される。この電流誤差信号SΔiはPWM制御部2
23に入力される。
【0018】PWM制御部223では、電流誤差信号S
Δiと20kHz程度の基準三角波信号との比較によ
り、電流誤差信号SΔiが零となるようにパルス幅を調
整したスイッチング信号が生成されてインバータ回路2
1へ出力される。
【0019】このようなフィードバック制御により、通
常動作としては、太陽電池10から最大電力を引き出す
ように電流値が設定され、且つ電流位相が系統電圧と同
一である力率1の交流電力がインバータ回路21から出
力されることになる。
【0020】さて、図1に戻って、単独運転検出装置4
0は、全波整流回路41,42、波形抽出部43,4
4、乗算器47、及び16ビットのマイクロコンピュー
タ48から構成されている。波形抽出部43,44は、
それぞれ高次(例えば8次)のローパスフィルタ45
と、ハイパスフィルタ46とから構成され、入力信号か
ら電圧指令値Vrefのゆらぎに対応した低周波成分を
抽出する。
【0021】一方の全波整流回路41には、変圧器24
によって検出された連系点電圧Vが入力され、全波整流
回路41から波形抽出部43へ連系点電圧Vの絶対値を
示す信号が入力される。また、他方の全波整流回路42
には、変流器23によって検出されたインバータ20の
出力電流Iが入力され、全波整流回路42から波形抽出
部44へ出力電流Iの絶対値を示す信号が入力される。
【0022】波形抽出部43,44により抽出された低
周波成分は、それぞれ乗算器47に加えられ、電圧Vの
低周波成分と電流Iの低周波成分との積である変化成分
信号S47が乗算器47から出力される。
【0023】ここで、商用電力系統2の稼働中は、商用
電力系統2の電源容量が太陽電池10の電源容量に比べ
て桁違いに大きく且つ周波数が安定であるので、インバ
ータ20の出力電流Iの微小変動を補う形で負荷Zに電
流が供給される。すなわち、インバータ20の出力電流
Iのゆらぎが商用電力系統2によって吸収され、連系点
電圧Vの周波数は商用周波数に維持される。その結果、
波形抽出部43の出力は0レベルになる。
【0024】これに対して、系統停電時には、インバー
タ20の出力電流Iの変化にともなって負荷電圧も変化
し、連系点電圧Vに出力電流Iと同相の低周波成分が重
畳する。
【0025】インバータ20の出力電流I及び連系点電
圧Vからそれぞれ低周波成分を抽出して掛け合わせるこ
とにより、同相の変化成分が強調されて大きな信号変化
として変化成分信号S47に現れる。
【0026】太陽光発電システム1では、このような変
化成分信号S47に基づいて、マイクロコンピュータ4
8によって単独運転状態が検出される。すなわち、マイ
クロコンピュータ48は、アナログポートに入力された
変化成分信号S47のA/D変換値と、予め格納されて
いる閾値データとを比較する。そして、マイクロコンピ
ュータ48は、変化成分信号S47が閾値を越えたとき
に、単独運転検出信号SDを開閉装置30へ出力する。
【0027】開閉装置30は、単独運転検出信号SDに
呼応して作動し、インバータ20と商用電力系統2との
連系を解除する。これにより太陽光発電システム1が商
用電力系統2から解列される。
【0028】マイクロコンピュータ48を用いることに
より、検出の分解能や開閉装置30の制御タイミングな
どの任意の設定が容易となる。また、マイクロコンピュ
ータ48をインバータ20の制御と兼用することもでき
る。
【0029】上述の実施例によれば、波形抽出部43,
44のローパスフィルタ45を高次として選択度を高め
たので、ゆらぎの側帯波成分をカットして基本成分のみ
を抽出することができることから、ゆらぎを可及的に低
い周波数としてインバータ20の運転効率を高めること
ができる。
【0030】上述の実施例によれば、全波整流回路4
1,42を設けたので、検知の迅速化及び波形抽出部4
3,44の低耐圧化によるコスト低減を図ることができ
る。つまり、原理的には系統停電時における電圧の変化
は電流と同相になるが、電圧及び電流のそれぞれの検出
手段の特性によっては、検出後の段階で電圧と電流との
間に位相差が生じる場合がある。この場合、全波整流回
路41,42を省略すると、電圧の極性と電流の極性と
が異なるときに、これらの乗算結果が負になり、マイク
ロコンピュータ48は例えば0〜5Vの正極性の信号の
レベルを判定するので、乗算結果が負になる期間は検出
の不感期間となって検出が遅れる。また、半波整流回路
を設けた場合には、電圧と電流とが同相であっても、極
性が負のときに不感期間となってしまう。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、乗算により同相の変化
成分が強調されるので、ノイズの影響を抑えた高精度の
検出を実現することができる。
【0032】請求項2の発明によれば、単一極性の信号
を扱うプロセッサを用いて迅速且つ高精度の検出を実現
することができるとともに、波形抽出手段のコスト低減
を図ることができる。
【0033】請求項3の発明によれば、インバータの出
力電流の能動的変化をより確実に検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る単独運転検出装置を備えた太陽光
発電システムのブロック図である。
【図2】図1のインバータのブロック図である。
【符号の説明】
2 商用電力系統 20 インバータ(連系用インバータ) 40 単独運転検出装置 43 波形抽出部(電圧波形抽出手段) 44 波形抽出部(電流波形抽出手段) 47 乗算器(乗算手段) 48 マイクロコンピュータ(比較手段) SD 単独運転検出信号 41,42 全波整流回路 45 ローパスフィルタ(高次フィルタ回路)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−40373(JP,A) 特開 昭62−71428(JP,A) 特開 昭62−89429(JP,A) 特開 昭62−95933(JP,A) 特開 昭62−110166(JP,A) 特開 平5−244717(JP,A) 特開 平6−332553(JP,A) 特開 平7−131937(JP,A) 丁路,牧野康弘,桑野幸徳,双峰形帯 域フィルタによる系統連係インバータの 単独運転防止,電気学会論文誌B,日 本,電気学会,1994年 4月20日,第 114巻第4号,p.425−426 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 23/00 - 23/20 H02J 3/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】商用周波数より低い低周波成分を重畳した
    電流を出力する電圧形電流制御方式の連系用インバータ
    の単独運転検出装置であって、 前記インバータと商用電力系統との連系点の電圧の前記
    低周波成分を抽出する電圧波形抽出手段と、 前記インバータの出力電流の前記低周波成分を抽出する
    電流波形抽出手段と、 前記電圧波形抽出手段及び電流波形抽出手段のそれぞれ
    の出力の積を求める乗算手段と、 前記積が閾値を越えたときに単独運転検出信号を出力す
    る比較手段と、 を備えたことを特徴とする単独運転検出装置。
  2. 【請求項2】前記連系点の電圧の絶対値を前記電圧波形
    抽出手段に入力させる全波整流回路と、 前記インバータの出力電流の絶対値を前記電流波形抽出
    手段に入力させる全波整流回路と、 を備えたことを特徴とする請求項1記載の単独運転検出
    装置。
  3. 【請求項3】前記電圧波形抽出手段及び電流波形抽出手
    段が、それぞれ2次以上の高次フィルタ回路を含む ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の単独運転
    検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4733776B1 (ja) * 2010-05-19 2011-07-27 積水化学工業株式会社 電力監視装置
CN102468647A (zh) * 2010-11-19 2012-05-23 北京市电力公司 配电箱的控制装置与控制方法以及配电箱
JP6500676B2 (ja) * 2015-07-27 2019-04-17 富士電機株式会社 単独運転検出装置、単独運転検出方法、及び単独運転検出プログラム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
丁路,牧野康弘,桑野幸徳,双峰形帯域フィルタによる系統連係インバータの単独運転防止,電気学会論文誌B,日本,電気学会,1994年 4月20日,第114巻第4号,p.425−426

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