JP5286935B2

JP5286935B2 - 分散型電源装置

Info

Publication number: JP5286935B2
Application number: JP2008137588A
Authority: JP
Inventors: 裕章加来; 康浩森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009290918A

Description

本発明は、商用電力系統と連系して、家庭内負荷へ交流電力を供給する分散型電源装置に関するものである。

従来、この種の分散型電源装置は、例えば図７のようなものがある。

ここで、図７は従来の分散型電源装置のブロック図を示し、１は商用電力系統、２は商用電力系統１と後述するインバータに接続する負荷、３は直流電源としての太陽電池、４は入力端子が太陽電池３に接続されるとともに、出力端子が出力電流検出器５、ローパスフイルタ６、常閉の解列スイッチ７、連系用トランス８を介して負荷２に接続しているインバータである。

また、９はインバータ４が商用電力系統１と連系された状態で、系統電圧、系統電圧周波数、及びインバータ出力電流を検出し、出力電力制御を行なうシステム制御回路、１２は２つのＢＰＦ（バンドパスフイルタ）１０、１１から成る双峰形帯域フイルタ、１３、１４は交流電圧検出器、１５は平滑コンデンサである。（例えば、特許文献１参照）
以上のように構成された分散型電源装置は、システム制御回路９によりインバータ４の出力周波数、および運転状況を監視することで装置の異常を判断し、装置の異常が発生と判断した場合、異常内容を判別すると共に、各々の異常内容の発生回数が、予め個別設定されている設定回数に達したか否か判断する。肯定を判断した場合には、装置のメインスイッチ（図示省略）を切って、装置を本格的に停止し、アラームを出力するとともに、表示装置（図示省略）に異常停止内容を表示する。
特開平８−１２６３３８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、商用電力系統の瞬時電圧低下、瞬時停電や負荷変動などによりインバータの出力過電流や入力過電圧、入力不足電圧などの異常が頻発する地域に分散型電源装置が設置された場合、異常停止の回数が制限されることで装置の本格的な停止および、警告が頻発するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、商用電力系統の瞬時電圧低下、瞬時停電や負荷変動などで異常が頻発する地域に分散型電源装置が設置された場合でも、商用電力系統の異常や負荷変動の影響を受けることなく装置の故障を判定し、装置が故障した場合のみ停止させることができる分散型電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の分散型電源装置は、自ら発電し、商用電力系統と連系する分散型電源装置において、複数の特性値を検出する特性値検出手段と、前
記特性値検出手段より検出された特性値をもとに異常を検出し、異常種別の判定を行う異常検出手段と、前記異常検出手段が異常を検出したときの異常種別と前記特性値検出手段が検出する特性値を記憶する異常情報記憶手段と、予め故障したときに異常検出手段が検出する異常種別と前記特性値検出手段が検出する特性値の時系列的な発生パターンを記憶する異常発生パターン記憶手段と、前記分散型電源装置の故障を判定する故障判定手段とを備え、前記異常発生パターン記憶手段は、設置環境に応じて異なった前記発生パターンを記憶できるものとし、前記故障判定手段は、前記異常情報記憶手段と前記異常発生パターン記憶手段に記憶されている異常種別と特性値の時系列的な発生パターンが一致したとき、故障と判定するものである。

これによって、商用電力系統の瞬時電圧低下、瞬時停電や負荷変動などで異常が頻発する地域に分散型電源装置が設置された場合でも、商用電力系統の異常や負荷変動の影響を受けることなく装置の故障を判定し、装置が故障した場合のみ停止させることができる。

本発明の分散型電源装置は、商用電力系統の瞬時電圧低下、瞬時停電や負荷変動などで異常が頻発する地域に分散型電源装置が設置された場合でも、商用電力系統の異常や負荷変動の影響を受けることなく装置の故障を判定し、装置が故障した場合のみ停止させることができる。

第１の発明は、自ら発電し、商用電力系統と連系する分散型電源装置において、複数の特性値を検出する特性値検出手段と、特性値検出手段より検出された特性値をもとに異常を検出し、異常種別の判定を行う異常検出手段と、異常検出手段が異常を検出したときの異常種別と特性値検出手段が検出する特性値を記憶する異常情報記憶手段と、予め故障したときに異常検出手段が検出する異常種別と前記特性値検出手段が検出する特性値の時系列的な発生パターンを記憶する異常発生パターン記憶手段と、分散型電源装置の故障を判定する故障判定手段とを備え、異常発生パターン記憶手段は、設置環境に応じて異なった発生パターンを記憶できるものとし、故障判定手段は、異常情報記憶手段と異常発生パターン記憶手段に記憶されている異常種別と特性値の時系列的な発生パターンが一致したとき、故障と判定するものである。

この構成により、商用電力系統の瞬時電圧低下、瞬時停電や負荷変動などで異常が頻発する地域に分散型電源装置が設置された場合でも、商用電力系統の異常や負荷変動の影響を受けることなく装置の故障を判定し、装置が故障した場合のみ停止させることができる。

第２の発明は、特に第１の発明の分散型電源装置において、異常情報記憶手段が、異常検出手段が検出する異常種別に応じて特性値検出手段が検出する特性値を選択し、記憶するものであり、記憶情報量の削減ができ、より小さな記憶容量の記憶手段を用いてコスト削減を行なったり、故障判定の判定時間の短縮を行なったりすることができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明の分散型電源装置において、故障箇所を特定する故障箇所特定手段を備え、故障箇所特定手段が、故障判定手段が故障と判定したときに、異常情報記憶手段に記憶されている異常種別と特性値をもとに故障箇所を特定するものであり、メンテマンは特定した故障箇所の情報を入手することで、メンテナンスや修理などを効率的に行なうことができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明の分散型電源装置において、設定手段を備え、設定手段が、異常発生パターン記憶手段が記憶する情報の更新、または異常情
報記憶手段が記憶する情報の消去を行なうものであり、商用電力系統および分散型電源装置の状況に応じた故障判定を行なうことができる。

第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明の分散型電源装置において、異常発生パターン生成手段を備え、前記異常発生パターン生成手段は、異常情報記憶手段が記憶する異常種別と特性値をもとに、故障したときに異常検出手段が検出する異常種別と特性値検出手段が検出する特性値の時系列的な発生パターンを生成し、異常発生パターン記憶手段に記憶する情報を更新するものであり、メンテマンなどの人の手を煩わすことなく、分散型電源装置が設置された商用電力系統の状況に応じた故障判定を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるのもではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置のブロック図を示すものである。また、図２は同実施の形態における異常発生パターン記憶手段が記憶する異常発生パターンを示すものである。また、図３は同実施の形態における分散型電源装置の故障判定の流れを示すフローチャートである。

図１において、１０１はＵ相、Ｏ相、Ｗ相から成る単相三線式の交流電源である商用電力系統、１０２は商用電力系統１０１から供給される交流電力を消費する家庭内負荷、１０３は商用電力系統と連系し、家庭内負荷１０２へ電力を供給する分散型電源装置である。

分散型電源装置１０３は、直流を生成する燃料電池１０４と、ＤＣ／ＤＣ回路１０５ａ、ＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂにより燃料電池１０４で生成される直流を交流へ変換し、連系リレー１０５ｃを介して商用電力系統１０１と家庭内負荷１０２に接続されたインバータ１０５と、ＤＣ／ＤＣ回路１０５ａとＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの入出力電圧、電流や、系統電圧周波数や、連系リレー１０５ｃの解並列時間や、現在の時刻などの特性値を検出する特性値検出手段１０６を有する。

また、分散型電源装置１０３は、特性値検出手段１０６が検出した特性値をもとにＤＣ／ＤＣ回路１０５ａとＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの入出力の過電圧、不足電圧、過電流や、系統電圧周波数の上昇、低下や、単独運転などの異常を検出し、異常種別の判定を行なう異常検出手段１０７と、異常検出手段１０７が異常を検出したときに、判定した異常種別と特性値検出手段１０６が検出する特性値を記憶する異常情報記憶手段１０８を有する。

また、分散型電源装置１０３は、予め分散型電源装置１０３が故障したときに異常検出手段１０７が検出する異常種別と特性値検出手段１０６が検出する特性値の時系列的な発生パターンを記憶する異常発生パターン記憶手段１０９と、異常検出手段１０７が異常を検出したときに分散型電源装置１０３の故障判定を行う故障判定手段１１０と、故障判定手段１１０が故障を判定した時に警告表示するＬＣＤ１１１、異常発生パターン記憶手段１０９への更新情報を記憶する外部メモリ１１２ａを有する。

さらに、分散型電源装置１０３は、外部メモリ１１２ａに記憶する情報を異常発生パターン記憶手段１０９へ反映、および異常情報記憶手段１０８の記憶情報の消去を操作するスイッチ１１２ｂで構成される設定手段１１２を備える。

以上のように構成された分散型電源装置に関し、以下その動作、作用について図１〜３を用いて説明する。

まず、分散型電源装置１０３の故障判定について説明する。

分散型電源装置１０３は特性値検出手段１０６にて特性値を検出し、検出した特性値をもとに異常検出手段１０７にてＤＣ／ＤＣ回路１０５ａとＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの入出力の電圧、電流や、系統電圧周波数などのレベル、変化率、変化量が所定値以上、または以下か否か、単独運転状態か否かを判定することで、異常あり、なしを判定する（ＳＴＥＰ２０１、２０２）。

判定結果が異常ありの場合、装置を停止させ、異常検出手段１０７にて異常種別の判定を行ない、判定された異常種別と特性値を異常情報記憶手段１０８に記憶する（ＳＴＥＰ２０３〜２０６）。

ここで、異常検出手段１０７による異常種別の判定は、例えば、ＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの瞬時的な出力電流が１５Ａ以上の場合、異常種別はＤＣ／ＡＣ回路出力過電流と判定する。

特性値および異常種別の記憶後は、故障判定手段１１０により異常情報記憶手段１０８と異常発生パターン記憶手段１０９に記憶されている特性値と異常種別の時系列的な発生パターンを比較することで、分散型電源装置１０３が故障しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ２０７）。

本実施の形態における故障判定は、異常情報記憶手段１０８に記憶されている異常種別および特性値が図２の異常種別、特性値の条件を満たすパターンが、発生パターンと一致したとき、装置故障と判定する。

これより、例えば、連系リレー１０５ｃを並列中に商用電力系統１０１の瞬時電圧低下、瞬時停電が発生した場合、ＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの出力過電流という異常が検出されることがあるが、図２のＮＯ１のように３回連続して並列時間１０ｓ以内に発生する確率は極小さいため、商用電力系統１０１の瞬時電圧低下、瞬時停電の発生により分散型電源装置１０３が故障と誤判定されることはない。

一方、ＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂが故障した場合、連系リレー１０５ｃを並列直後にＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの出力過電流という異常が検出されるため、図２のＮＯ１の発生パターンを満たす異常が発生し、装置の故障を判定することができる。

装置故障の判定後は、故障なしと判定した場合は、再起動を行う（ＳＴＥＰ２０８、２０９）。一方、故障ありと判定した場合は、ＬＣＤ１１１にて装置が故障したこと通知する警告表示を行ない、メンテマンなどによる操作でなければ再起動させることができないような本格的な停止を行なう（ＳＴＥＰ２１０）。

次にメンテマンによる設定手段１１２を用いたメンテ方法について説明する。

メンテマンは、分散型電源装置１０３の故障が発生した場合、該当の故障箇所を修理した後、スイッチ１１２ｂにより異常情報記憶手段１０８に記憶する情報を消去する。これにより、再度、装置を動作開始させた場合、故障判定手段１１０は装置の故障なしと判定するため、再起動が可能となる。

また、メンテマンなどにより異常発生パターン記憶手段１０９の記憶情報を更新する場合、予め作成した情報を外部メモリ１１２ａに記憶させておき、スイッチ１１２ｂを操作
することで、外部メモリ１１２ａの記憶情報を異常発生パターン記憶手段１０９へ更新する。

例えば、分散型電源装置１０３の故障ではなく、商用電力系統１０１の瞬時電圧低下や瞬時停電、家庭内負荷１０２の大変動などにより、頻繁に７〜８時においてＤＣ／ＡＣ回路出力過電流という異常種別が検出される場合、図２のＮＯ１の情報を「７〜８時を除く３回連続再連後１０ｓ以内に発生」という情報に更新する。

尚、本実施の形態では、異常発生パターン記憶手段１０９が記憶する発生パターンとして図２のようなもの用いたが、特性値検出手段１０６が検出する特性値により特定のタイミングを認識可能な場合は、その状況を除いた発生パターンにより故障判定を行っても良い。

また、本実施の形態では、異常発生パターン記憶手段１０９が記憶する発生パターンとして図２のようなものを用いたが、ＤＣ／ＤＣ回路１０５ａ、ＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの入出力の過電圧、不足電圧、過電流や、系統電圧周波数の上昇、低下、単独運転状態の検知なども同様な発生パターンを設けて故障判定を行っても良い。

以上のように、本実施の形態において、故障判定手段１１０は、異常情報記憶手段１０８と異常発生パターン記憶手段１０９に記憶されている異常種別と特性値の時系列的な発生パターンが一致したとき、故障と判定するため、商用電力系統１０１の瞬時電圧低下、瞬時停電や家庭内負荷１０２の変動などで異常が頻発する地域に分散型電源装置１０３が設置された場合でも、商用電力系統１０１の異常や家庭内負荷１０２の変動の影響を受けることなく装置の故障を判定し、装置が故障した場合のみ停止させることができる。

また、本実施の形態において、設定手段１１２は、異常発生パターン記憶手段１０９が記憶する情報の更新、または異常情報記憶手段１０８が記憶する情報の消去を行なうため、商用電力系統１０１および分散型電源装置１０３の状況に応じた故障判定を行なうことができる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における分散型電源装置のブロック図を示す。尚、分散型電源装置１０３は図１の構成に加えて、異常情報記憶手段１０８に記憶する異常種別と特性値をもとに装置が故障したときの異常種別と特性値の時系列的な発生パターンを生成する異常発生パターン生成手段１１３と、故障箇所ごとに故障時に発生する異常種別と特性値を記憶する故障情報記憶部１１４ａと故障箇所の特定を行なう故障箇所特定部１１４ｂで構成される故障箇所特定手段１１４を備える。

また、図５は、同実施の形態における故障箇所特定手段が記憶する故障箇所特定情報である。また、図６は、同実施の形態における分散型電源装置の故障判定の流れを示すフローチャートである。

以上のように構成された分散型電源装置に関し、以下その動作、作用について図２および４〜６を用いて説明する。

特性値検出手段１０６による特性値の検出から異常検出手段１０７による異常種別の判定までは、本実施の形態１と同様であるため省略する（ＳＴＥＰ３０１〜３０５）。

異常検出手段１０７による異常種別の判定後は、判定された異常種別をもとに特性値検出手段１０６が検出した特性値の選択を行い、異常種別と選択された特性値を異常情報記憶手段１０８に記憶する（ＳＴＥＰ３０６、３０７）。

ここで、特性値の選択および記憶は、例えば、異常種別がＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの出力過電流、出力過電圧などのＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの出力側に関連する種別の場合、ＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂの出力電圧、電流や、連系リレー１０５ｃの並列時間などの特性値を選択し、記憶する。

異常種別と特性値の記憶後は、異常情報記憶手段１０８に記憶する異常種別と特性値をもとに異常発生パターン生成手段１１３にて異常種別と特性値の時系列的な発生パターンを生成し、異常発生パターン記憶手段１０９に記憶する（ＳＴＥＰ３０８）。

ここで、発生パターンの生成は、例えば、７日中３日において、７〜８時にＤＣ／ＡＣ回路出力過電流という異常種別が記憶されると、７〜８時は装置の故障外の要因で異常が検出されると判断し、図２のＮＯ１の条件を「７〜８時を除いて３回連続再連系後１０ｓ以内に発生」という新たな発生パターンを生成し、生成した発生パターンを異常発生パターン記憶手段１０９に記憶する。

発生パターン生成後は、故障判定手段１１０により異常情報記憶手段１０８と異常発生パターン記憶手段１０９に記憶されている時系列的な発生パターンを比較することで、分散型電源装置１０３が故障しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ３０９）。

本実施の形態における故障判定は、異常情報記憶手段１０８に記憶されている異常種別および特性値が図２の異常種別、特性値の条件を満たすパターンが、発生パターンと一致したとき、装置故障と判定する。ただし、異常情報記憶手段１０８に記憶されていない特性値については、判定対象から除外する。

装置の故障判定後は、故障なしと判定した場合、再起動を行う（ＳＴＥＰ３１０、３１１）。一方、故障ありと判定した場合、故障箇所特定部１１４ｂにより異常情報記憶手段１０８と故障情報記憶部１１４ａを比較することで、故障箇所の判定を行なう（ＳＴＥＰ３１２）。

例えば、異常情報記憶手段１０８の最後に記憶された異常種別と特性値が故障情報記憶部１１４ａに記憶されている図５のＮＯ２の故障箇所特定情報と一致した場合、ＤＣ／ＡＣ回路１０５ｂが故障と判定する。

装置の故障箇所特定後は、ＬＣＤ１１１に装置故障の警告表示および故障箇所の表示を行なうと共に、メンテマンなどによる操作でなければ起動させることができないような本格的な停止を行なう（ＳＴＥＰ３１３）。

以上のように、本実施の形態において、異常情報記憶手段１０８は、異常検出手段１０７が検出する異常種別に応じて特性値検出手段１０６が検出する特性値を選択し、記憶するため、記憶情報量の削減ができ、より小さな記憶容量の記憶手段を用いてコスト削減を行なったり、故障判定の判定時間の短縮を行なったりすることができる。

また、本実施の形態において、故障箇所特定手段１１４は、故障判定手段１１０が故障と判定したときに、異常情報記憶手段１０８に記憶されている異常種別と特性値をもとに故障箇所を特定するため、メンテマンは特定した故障箇所の情報を入手することで、メンテナンスや修理などを効率的に行なうことができる。

また、本実施の形態において、異常発生パターン生成手段１１３は、異常情報記憶手段１０８が記憶する異常種別と特性値をもとに、故障したときに異常検出手段１０７が検出
する異常種別と特性値検出手段１０６が検出する特性値の時系列的な発生パターンを生成し、異常発生パターン記憶手段１０９に記憶する情報を更新するため、メンテマンなどの人の手を煩わすことなく、分散型電源装置１０３が設置された商用電力系統１０１の状況に応じた故障判定を行なうことができる。

以上のように、本発明にかかる分散型電源装置は、商用電力系統の瞬時電圧低下、瞬時停電や負荷変動などで異常が頻発する地域に分散型電源装置が設置された場合でも、商用電力系統の異常や負荷変動の影響を受けることなく装置の故障を判定し、装置が故障した場合のみ停止させることができるため、燃料電池装置、太陽光発電装置、風力発電装置、太陽熱発電装置のような分散型電源装置等の用途にも適用することができる。

本発明の実施の形態１における分散型電源装置のブロック図同実施の形態１における異常発生パターン記憶手段が記憶する異常発生パターンを示す説明図同実施の形態１における分散型電源装置の故障判定の流れを示すフローチャート本発明の実施の形態２における分散型電源装置のブロック図同実施の形態２における故障箇所特定手段が記憶する故障箇所特定情報を示す説明図同実施の形態２における分散型電源装置の故障判定の流れを示すフローチャート従来の分散型電源装置のブロック図

１０３分散型電源装置
１０６特性値検出手段
１０７異常検出手段
１０８異常情報記憶手段
１０９異常発生パターン記憶手段
１１０故障判定手段
１１２設定手段
１１３異常発生パターン生成手段
１１４故障箇所特定手段

Claims

自ら発電し、商用電力系統と連系する分散型電源装置において、
複数の特性値を検出する特性値検出手段と、
前記特性値検出手段より検出された特性値をもとに異常を検出し、異常種別の判定を行う異常検出手段と、
前記異常検出手段が異常を検出したときの異常種別と前記特性値検出手段が検出する特性値を記憶する異常情報記憶手段と、
予め故障したときに異常検出手段が検出する異常種別と前記特性値検出手段が検出する特性値の時系列的な発生パターンを記憶する異常発生パターン記憶手段と、
前記分散型電源装置の故障を判定する故障判定手段とを備え、
前記異常発生パターン記憶手段は、設置環境に応じて異なった前記発生パターンを記憶できるものとし、
前記故障判定手段は、前記異常情報記憶手段と前記異常発生パターン記憶手段に記憶されている異常種別と特性値の時系列的な発生パターンが一致したとき、故障と判定する分散型電源装置。
前記異常情報記憶手段は、前記異常検出手段が検出する異常種別に応じて前記特性値検出手段が検出する特性値を選択し、記憶する請求項１に記載の分散型電源装置。
故障箇所を特定する故障箇所特定手段を備え、前記故障箇所特性手段は、前記故障判定手段が故障と判定したときに、前記異常情報記憶手段に記憶されている異常種別と特性値をもとに故障箇所を特定する請求項１または２に記載の分散型電源装置。
設定手段を備え、前記設定手段は、前記異常発生パターン記憶手段が記憶する情報の更新、または前記異常情報記憶手段が記憶する情報の消去を行なう請求項１〜３のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
異常発生パターン生成手段を備え、前記異常発生パターン生成手段は、前記異常情報記憶手段が記憶する異常種別と特性値をもとに、故障したときに前記異常検出手段が検出する異常種別と前記特性値検出手段が検出する特性値の時系列的な発生パターンを生成し、前
記異常発生パターン記憶手段に記憶する情報を更新する請求項１〜４のいずれか１項に記載の分散型電源装置。