(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池が発電する直流電力をインバータ部にて交流電力に変換し、商用系統に電力を出力する系統連系パワーコンディショナにおいて、一次側巻線が複数個設けられ上記商用系統の系統電圧を検出する電圧位相検出用トランスを備え、複数個の上記一次側巻線の接続を変更することで、上記一次側巻線に印加される電圧が異なっても上記電圧位相検出用トランスの二次側巻線に出力される電圧が同程度の電圧となる系統連系パワーコンディショナであって、上記商用系統の事故時に上記太陽電池の側と上記商用系統との連系を停止させる系統連系保護機能を備え、複数個の上記一次側巻線の接続を変更することにより、上記電圧位相検出用トランスの巻き数比が、上記系統連系保護機能の試験時は、実運転の状態の時より小さくなることを特徴とする系統連系パワーコンディショナ。
【請求項２】
請求項１に記載の系統連系パワーコンディショナにおいて、上記電圧位相検出用トランスの各相の一次側巻線が複数個設けられ、各相毎に複数個の上記一次側巻線の接続を変更することで、上記一次側巻線に印加される電圧が異なっても上記電圧位相検出用トランスの二次側巻線に出力される電圧が同程度の電圧となることを特徴とする系統連系パワーコンディショナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の系統連系パワーコンディショナにおいて、上記商用系統の事故時に上記太陽電池の側と上記商用系統との連系を停止させる系統連系保護機能を備え、複数個の上記一次側巻線が、上記実運転の時には直列に、上記系統連系保護機能の試験時には並列に接続されることを特徴とする系統連系パワーコンディショナ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池で発電した電力を商用系統に連系させるパワーコンディショナ、特に通常の系統連系運転時とパワーコンディショナに内蔵される保護継電器の機能を確認するための試験を行う時の両方に対応することが可能となる、系統の電圧、位相を検出するための電圧位相検出用トランスの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
系統連系パワーコンディショナは、太陽電池で発電された直流電力を、インバータを用いて電力会社による単相３線式または三相３線式などの商用系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換し、その商用系統に電力を出力する。系統連系を行うパワーコンディショナは、系統電圧の位相に同期した電流を出力するために、系統の電圧、位相を検出する必要がある。通常、位相を検出するためにはトランスが使用され、トランスの一次側は系統電圧、二次側は制御回路が取り扱うことのできる数ボルトを出力する巻線比で構成される。
【０００３】
系統連系用パワーコンディショナは、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換機能と、系統の事故時に太陽光発電を停止させるためにパワーコンディショナを停止させる系統連系保護機能が必要で、系統連系規定ＪＥＡＣ ９７０１−２０１０
より設置する保護継電器の仕様が指示されている。保護継電器のうち、過電圧継電器（ＯＶＲ）、不足電圧継電器（ＵＶＲ）、周波数上昇継電器（ＯＦＲ）、周波数低下継電器（ＵＦＲ）は、近年ほとんどのパワーコンディショナの内部に搭載されており、住宅用パワーコンディショナなど小容量のパワーコンディショナは、認証機関によりその機能が確認されている。
【０００４】
パワーコンディショナに内蔵される保護継電器の機能を確認するためには、製造者の工場では、専用の系統模擬電源がよく使用される。竣工検査や保守点検時は、図５に示すように、パワーコンディショナの出力を系統と切り離し、パワーコンディショナをメンテナスモードとし、通常の系統連系運転時に系統の電圧、位相を検出していたトランス９の接続をリレー試験用切り換えリレー１４により切替えて、リレー試験機からの電圧を検出できる構成をしている。リレー試験機によって模擬的に電圧を外部からパワーコンディショナに印加して保護継電器の機能動作を確認する。現在、コージェネリレーテスタ（例えばムサシインテック製ＲＣＧ−１Ｃ）と称したリレー試験機がよく用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７９６３８４号公報（図６及びその説明）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の技術では、近年大容量化が進んでいる太陽光発電は、大容量のパワーコンディショナを４００Ｖ系の系統に連系されることがあり、上記の構成では、リレー試験用端子に印加する電圧は、系統電圧と同じ電圧を印加する必要があるため、現在市販されているコージェネリレーテスタの試験用電圧は２００Ｖ系までしか対応できず、また、保守点検業者がよく携帯しているリレー試験機は印加電圧が１００Ｖ系にしか対応していないため、４００Ｖ系の系統に連係するパワーコンディショナに搭載される保護継電器の試験を行うことができない。
【０００７】
この発明は、上記のような従来の実情に鑑みてなされたものであり、保守点検業者が一般的に携帯している市販の標準リレー試験器が発生できる電圧（１００Ｖ系）で４００Ｖ系等の商用電力系統に連系するパワーコンディショナの保護継電器機能の確認試験を容易に実施し、工場出荷時や現場での竣工検査、保守点検作業時にパワーコンディショナに搭載される保護継電器の試験を容易に実施できる系統連系パワーコンディショナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るパワーコンディショナは、太陽電池が発電する直流電力をインバータ部にて交流電力に変換し、商用系統に電力を出力する系統連系パワーコンディショナにおいて、一次側巻線が複数個設けられ上記商用系統の系統電圧を検出する電圧位相検出用トランスを備え、複数個の上記一次側巻線の接続を変更することで、上記一次側巻線に印加される電圧が異なっても上記電圧位相検出用トランスの二次側巻線に出力される電圧が同程度の電圧となる系統連系パワーコンディショナであって、上記商用系統の事故時に上記太陽電池の側と上記商用系統との連系を停止させる系統連系保護機能を備え、複数個の上記一次側巻線の接続を変更することにより、上記電圧位相検出用トランスの巻き数比が、上記系統連系保護機能の試験時は、実運転の状態の時より小さくなるものである。 
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、太陽電池が発電する直流電力をインバータ部にて交流電力に変換し、商用系統に電力を出力する系統連系パワーコンディショナにおいて、一次側巻線が複数個設けられ上記商用系統の系統電圧を検出する電圧位相検出用トランスを備え、複数個の上記一次側巻線の接続を変更することで、上記一次側巻線に印加される電圧が異なっても上記電圧位相検出用トランスの二次側巻線に出力される電圧が同程度の電圧となる系統連系パワーコンディショナであって、上記商用系統の事故時に上記太陽電池の側と上記商用系統との連系を停止させる系統連系保護機能を備え、複数個の上記一次側巻線の接続を変更することにより、上記電圧位相検出用トランスの巻き数比が、上記系統連系保護機能の試験時は、実運転の状態の時より小さくなるので、現在市販されている一般的なリレー試験機を用いてパワーコンディショナに内蔵される保護継電器の試験を実施できるため、近年大容量化が進んでいる太陽光発電で特に４００Ｖ系等の系統に連系するパワーコンディショナに搭載される保護継電器の動作確認試験を現場での竣工時の点検、保守点検時に容易に実施することができ、また、工場での出荷試験時の保護継電器の試験も市販の標準リレー試験機を用いて実施することが可能となるため、実系統電圧に保護継電器試験機能を搭載するような高価な系統模擬電源設備を購入することなく工場出荷時の試験が実施可能で、パワーコンディショナに搭載される保護継電器の品質検査も実施できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１を示す図で、系統連系パワーコンディショナの構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す図で、電圧位相検出トランスの巻線形態の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す図で、パワーコンディショナが実運転状態の時に、トランスの巻き数比を大きくするために、トランスの一次巻線を直列に接続し一次側の巻き数を増やすことを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す図で、パワーコンディショナ内の保護継電器の試験を実施する時に、トランスの一次巻線を全て並列に接続し、巻き数比を小さくすることを示す図である。
【図５】従来のパワーコンディショナの内部ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
本実施の形態１は、上述した本発明の目的を達成するために、太陽電池が発電する直流電力をインバータにて交流電力に変換し、商用系統へ電力を出力する系統連系パワーコンディショナであって、特に４００Ｖ系の系統に連系するパワーコンディショナにおいて、現在市販されている標準的なリレー試験機を用いて、パワーコンディショナに搭載される保護継電器の動作試験を実施するため、系統電圧を検出する電圧位相検出用トランスの一次側巻線の接続を工夫することで、一次巻線に印加される電圧が異なっても二次巻線に出力される電圧が同程度の電圧となる電圧位相検出用トランスをパワーコンディショナに設
置したものであり、系統電圧を検出する位相検出用トランスの一次側巻線の接続を変えることで、一次巻線に印加される電圧が異なっても二次巻線に出力される電圧が同程度となる電圧位相検出用トランスをパワーコンディショナに設置することで、現在市販されている一般的なリレー試験機を用いてパワーコンディショナに内蔵される保護継電器の試験を実施できるため、近年大容量化が進んでいる太陽光発電で特に４００Ｖ系の系統に連系するパワーコンディショナに搭載される保護継電器の動作確認試験を現場での竣工時の点検、保守点検時に容易に実施することができ、また、工場での出荷試験時の保護継電器の試験も市販の標準リレー試験機を用いて実施することが可能となるため、実系統電圧に保護継電器試験機能を搭載するような高価な系統模擬電源設備を購入することなく工場出荷時の試験が実施可能で、パワーコンディショナに搭載される保護継電器の品質検査も実施できるものである。
【００１２】
以下に図面を参照して、この発明にかかる系統連系パワーコンディショナの好適な実施の形態１を詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、系統連系パワーコンディショナ（以降、単に「パワーコンディショナ」と記す）１は、直流電力を発電する太陽電池２と、５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚの商用系統電源３との間に配置される。
商用系統電源３は、単相３線式、または三相３線式の配電系統である。
パワーコンディショナ１は、太陽電池２の電圧を昇圧するための昇圧部４（昇圧部が無い場合もある）、太陽電池２が発電する直流電力を交流電力に変換するインバータ部５から構成され、インバータ部５の出力にはフィルタ部６がおかれ、インバータの出力電流波形を滑らかにする。
制御回路７は、太陽電池の電圧Ｖｓ、電流センサ８で検出される太陽電池電流Ｉｓより太陽電池の電力を演算し、電圧位相検出トランス９により、商用系統電源３の電圧と位相を検出し、系統電源の位相に同期した電流を出力する。
電圧位相検出トランス９には、短絡故障時の保護協調用のヒューズ１０が設置される。また、系統に異常が発生し、系統の電圧、周波数が異常になったことを検出するための保護継電器１１がパワーコンディショナ内部に搭載されていて、先の電圧位相検出トランス９を通じて制御回路７が異常を検出してパワーコンディショナ１の出力を停止させ、電磁接触器１２を開放し、機械的に系統と解列する。パワーコンディショナ１の交流出力側にはサーキットブレーカ１３が設置されていて、万一の内部事故による系統からの過電流の流入を防止している。
【００１４】
図２に本実施の形態１に使用する商用系統電源の電圧と位相を検出するためのトランスの巻線形態の一例を示す。
【００１５】
トランスの各相の一次巻線は、何れの相も複数個の同一巻線から構成され、各相毎に複数個の巻線を直列接続、並列接続の両方の接続形態にすることが可能となっている。
【００１６】
パワーコンディショナが実運転状態の時はトランスの一次巻線を図３のように直列に接続し一次側の巻き数を増やしてトランスの巻き数比を大きくする。
一方、パワーコンディショナ内の保護継電器の試験を実施するときは、図４に示すようにトランスの一次巻線を全て並列に接続し、巻き数比を小さくする。
したがってトランスの一次側に印加される電圧が大きいときは一次側巻線を直列接続にし、一次側に印加される電圧が小さいときは一次側巻線を並列接続にして二次側の誘起電圧がほとんど変わらないようにすることが可能となる。
【００１７】
電圧位相検出トランスを直列接続、並列接続にする方法は、一次側巻線を端子台に設け、配線で接続したり、リレーなどを用いて結線を自動的に変えるなどその形態は自由に実
施することができる。
【００１８】
具体的な一例を以下に説明する。
【００１９】
電圧位相検出トランスの一次側巻線を４つの同じ巻線で構成し、直列に接続した時は、二次側との巻き数比を５０：１とした場合、一次側巻線を全て並列にした時は巻き数比が１２．５：１となる。
例えば、系統電圧が４００Ｖの場合、通常のパワーコンディショナ運転時は、電圧位相検出用トランスの一次側巻線を全て直列接続とする。巻線比が５０：１なので系統電圧４００Ｖに対して二次側に誘起される電圧は８Ｖとなる。保護継電器の一つである過電圧継電器（ＯＶＲ）の整定値が１２０％（実系統電圧が４８０Ｖ）に対しては、トランスの二次側に誘起される電圧すなわち制御回路の検出電圧は９．６Ｖとなり、制御回路は９．６Ｖ以上の電圧を規程時間検出したところで系統過電圧保護としてパワーコンディショナの運転を停止し、連系用電磁開閉器を開放し系統と解列させる。
【００２０】
次に、保護継電器の動作を確認するときは、パワーコンディショナは連系運転を停止し、パワーコンディショナ内の制御回路は保護継電器の動作を確認するためのメンテナンスモードに移行させる。メンテナンスモードへの以降は、制御基板上に設けられた切り換えスイッチなどで実施する。この場合、電圧位相検出トランスの一次側巻線を全て並列接続に変更する。実系統電圧の平均値４００Ｖに対してはパワーコンディショナの制御回路の認識値は８Ｖなので、同じ認識値（トランスの二次側が８Ｖ）となる一次側の入力電圧は、巻き数比が１２．５：１なので１００Ｖとなる。過電圧継電器（ＯＶＲ）の整定値１２０％の機能を試験するためには、リレー試験機からの試験用印加電圧を１００Ｖから徐除に増加させ、１２０Ｖを超えたときにパワーコンディショナからＯＶＲを検出したテスト用出力信号を確認することで実施できる。すなわちリレー試験機の出力電圧が１２０Ｖのときは、パワーコンディショナの制御回路の検出電圧は電圧位相検出トランスの巻線比が１２．５：１なので９．６Ｖとなり、パワーコンディショナが実際に系統連系運転しているときの制御回路の電圧認識値と一致し、正確な保護継電器の動作試験を行うことが可能となる。
【００２１】
以上のように、この発明にかかる系統連系パワーコンディショナは、系統の電圧、位相を検出するトランスの一次側巻線を同一巻線数の複数個の巻線に分割し、直列接続、並列接続を併用することで、通常の系統連系運転時は一次側巻線を直列に接続して使用する。また、保守点検業者が使用している標準的なリレー試験機を用いて、工場出荷時、現場での竣工試験時、保守点検時にパワーコンディショナに搭載される保護継電器の試験を実施するときは、一次巻線を並列に接続して容易に精度よく試験を実施することが可能となる。したがって、実電圧を印加して試験する高価なコージェネ用リレー試験機を用いなくとも、保守点検業者が通常使用している標準のリレー試験機でパワーコンディショナに搭載される保護継電器の試験を実施することができるため、常に品質のよいパワーコンディショナを維持管理して提供できる。また、特に４００Ｖ系の系統に連系するパワーコンディショナに関しては、現在、実際の系統電圧である４００Ｖ系の電圧を直接印加できるリレー試験機が市販されていないため、保護継電器機能の確認試験に効果を発揮する。なお、本発明は太陽光発電用パワーコンディショナに限らず、他の系統に連系する電力変換装置に流用できることは言うまでもない。
【００２２】
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１    系統連系パワーコンディショナ、
２    太陽電池、
３    商用系統電源、
４    昇圧部、
５    インバータ部、
６    フィルタ部、
７    制御回路、
８    電流センサ（カレントトランス）、
９    電圧位相検出用トランス、
１０    ヒューズ、
１１    パワーコンディショナに搭載される保護継電器、
１２    系統連系用電磁接触器、
１３    サーキットブレーカ、
１４    リレー試験用切り換えリレー。
【図１】
0005575046.tif 000002
【図２】
0005575046.tif 000003
【図３】
0005575046.tif 000004
【図４】
0005575046.tif 000005
【図５】
0005575046.tif 000006