(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池等の発電源からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するパワーコンディショナであって、
前記負荷よりも系統電源側の出力に基づいて、系統電圧と系統電流との位相差を演算することに加え、電流位相を演算することにより力率制御を行なうとともに、系統電圧の同期クロックから基準電流を演算し、この基準電流と実電流との誤差を演算することにより高調波抑制制御を行なうことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
系統電源の異常を検出する検出手段を備え、前記検出手段の出力に基づいて、前記負荷と前記系統電源との間の開閉手段の開閉を自動制御する請求項１記載のパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システム等の分散型電源システムに好適なパワーコンディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば太陽光発電による分散型電源と商用電源（系統電源）とを連系し、太陽光発電によって家庭内の機器（負荷）に電力を供給して余った電力を系統に逆潮流し、太陽光発電だけでは電力が賄えない場合は、その電力を系統側から供給する分散型電源システムが開発されている。
【０００３】
このようなシステムには、系統電源が異常状態となった場合、例えば、停電した場合には、系統電源との連系を断って太陽電池からの電力を、系統電源とは異なる自立運転用の出力端子（コンセント）から供給する、いわゆる自立運転機能を備えたものがあるが、このような自立運転は、太陽電池が発電している場合に限られ、したがって、夜間には使用できず、また、照度の変化によって発電電力が大きく変化して電力が安定しないといった問題点がある。
【０００４】
そこで、電力を負荷に安定的に供給するために、図５に示されるように、太陽電池と蓄電池とを備える自立運転機能を有するシステムが提案されている。
【０００５】
同図において、１は太陽電池、２０はパワーコンディショナ、３０は蓄電池システム、４は系統電源、５は家庭内機器などの負荷、６〜８は第１〜第３ブレーカであり、パワーコンディショナ２０は、各部を制御するマイクロコンピュータ９０と、逆流防止用ダイオード１０と、直流電圧を昇圧する昇圧回路１１と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２とを備えており、蓄電池システム３０は、充電コントローラ１３、第１，第２リレー１４，１５、放電用ダイオード１６および複数の蓄電池１７とを備えている。
【０００６】
このような太陽光発電システムにおいては、系統電源４と連系した連系運転時には、各ブレーカ６〜８は、閉成されており、蓄電池システム３０の第１，第２リレー１４，１５は、開成されている。
【０００７】
この状態においては、太陽電池１からの直流電圧は、パワーコンディショナ２０の昇圧回路１１で昇圧され、インバータ回路１２によって交流電力に変換されてその交流電力が第２ブレーカ７を介して負荷５に供給され、余った電力が系統に逆潮流される一方、パワーコンディショナ２０からの交流電力で賄えない場合には、第３ブレーカ８を介して系統電源４から電力が供給される。
【０００８】
ところで、蓄電池１７の電力を、系統側に逆潮流することは禁止されているために、連系運転時には、太陽電池１と蓄電池システム３０との間の第１，第２リレー１４，１５は、上述のように開成されており、したがって、連系運転時には、太陽電池１から蓄電池１７に充電することはできず、このため、系統電源４から別系統の充電ライン２５を介して蓄電池１７に充電している。
【０００９】
このようなシステムにおいて、系統電源４が異常状態となった場合、例えば、停電した場合には、第２ブレーカ７を手動で開成して系統電源４と切り離し、さらに、パワーコンディショナ２０の図示しないスイッチを自立運転へ切り換え操作し、これによって、マイクロコンピュータ９０は、第１リレー１４を閉成するとともに、第２リレー１５の開閉を制御して自立運転とする。この自立運転では、太陽電池１あるいは蓄電池システム３０からの直流電圧が、パワーコンディショナ２０の昇圧回路１１で昇圧され、インバータ回路１２によって交流電力に変換されてその交流電力が、図示しない自立運転用の出力端子（コンセント）に供給され、この出力端子に、負荷が接続される。
【００１０】
この自立運転においては、太陽電池が発電していない夜間においても、蓄電池システム３０から電力を供給することができ、また、照度変化によって太陽電池１の出力電力が変動しても蓄電池システム３０から安定して電力を供給できるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシステムでは、パワーコンディショナ２０の出力端の電圧および電流をフィードバックして力率１の制御を行うとともに、高調波電流の抑制制御を行っているが、負荷５によって力率が低下したり、負荷５から高調波電流が出力されたりすると、系統側では、力率１とはならず、また、系統側が高調波電流による影響を受けるという難点がある。
【００１２】
また、従来のシステムでは、系統電源４が異常状態となった場合には、使用者が、それを判断して第２ブレーカ７を手動で開成して系統電源４と切り離し、さらに、パワーコンディショナ２０のスイッチを自立運転へ切り換え操作する一方、自立運転用の出力端子（コンセント）に負荷を接続しなければならず、一旦停電状態となることは避けられず、また、操作が面倒であるといった難点がある。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、負荷による力率の低下や高調波による系統側への影響を可及的に低減し、また、系統電源の異常時に自動的に自立運転への切り換えができるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１８】
本発明のパワーコンディショナは、太陽電池等の発電源からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するパワーコンディショナであって、前記負荷よりも系統電源側の出力に基づいて、系統電圧と系統電流との位相差を演算することに加え、電流位相を演算することにより力率制御を行なうとともに、系統電圧の同期クロックから基準電流を演算し、この基準電流と実電流との誤差を演算することにより高調波抑制制御を行なうものである。
【００１９】
また、本発明のパワーコンディショナは、系統電源の異常を検出する検出手段を備え、前記検出手段の出力に基づいて、前記負荷と前記系統電源との間の開閉手段の開閉を自動制御するものである。
【００２３】
本発明のパワーコンディショナによれば、前記負荷よりも系統電源側の出力に基づいて、系統電圧と系統電流との位相差を演算することに加え、電流位相を演算することにより力率制御を行なうとともに、系統電圧の同期クロックから基準電流を演算し、この基準電流と実電流との誤差を演算することにより高調波抑制制御を行なうので、力率を低下させたり、高調波電流を出力するような負荷があったとしても、系統側に、その影響が及ばないようにすることができる。
【００２４】
また、本発明のパワーコンディショナによれば、系統電源の異常を検出する検出手段を備え、検出手段の出力に基づいて、負荷と系統電源との間の開閉手段の開閉を自動制御するので、系統電源の異常時には、前記開閉手段の開閉を制御して自立運転に自動的に切り換えることができる一方、系統電源が正常に復帰した時には、前記開閉手段の開閉を制御して連系運転に自動的に切り換えることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電システムの概略構成図であり、図５の従来例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００２７】
同図において、１は太陽電池、２はパワーコンディショナ、３０は蓄電池システム、４は系統電源、５は家庭内機器などの負荷、６〜８は第１〜第３ブレーカであり、パワーコンディショナ２は、各部を制御するマイクロコンピュータ９と、逆流防止用ダイオード１０と、直流電圧を昇圧する昇圧回路１１と、この昇圧回路１１からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２とを備えており、蓄電池システム３０は、蓄電池１７の充電を制御する充電コントローラ１３、第１，第２リレー１４，１５、放電用ダイオード１６および複数の蓄電池１７とを備えている。
【００２８】
この実施の形態の太陽光発電システムでは、負荷５による力率の低下や高調波電流による系統側への影響を可及的に低減するために、次のように構成している。
【００２９】
すなわち、この実施の形態では、連系運転時には、負荷５よりも系統電源４側の系統電圧および系統電流を、計器用変圧器（ＰＴ）２０および変流器（ＣＴ）２１をそれぞれ介してパワーコンディショナ２のマイクロコンピュータ９にデジタルデータとして取り込み、マイクロコンピュータ９は、従来と同様に後述のようにして力率１の制御および高調波電流抑制制御を行うものである。
【００３０】
図２は、この実施の形態における力率制御および高調波抑制制御の動作説明に供するフローチャートである。
【００３１】
先ず、系統電圧および系統電流をデジタルデータに変換して取り込み（ステップｎ１）、系統電圧と系統電流との位相差を演算し（ステップｎ２）、力率を改善するように、電流位相を演算する（ステップｎ３）。一方、系統電圧の同期クロックから基準電流を演算し（ステップｎ４）、この基準電流と実電流との誤差を、電流の歪（高調波歪）をキャンセルするように演算し（ステップｎ５）、さらに電流レベルを演算する（ステップｎ６）。
【００３２】
次に、ステップｎ３およびステップｎ６において、それぞれ演算した電流位相および電流レベル並びに実電流レベルに基づいて、電流値指令値を演算し（ステップｎ７）、量子化し（ステップｎ８）、さらに、ＬＣフィルタで平滑化して（ステップｎ９）正弦波電流を出力するものである（ステップｎ１０）。
【００３３】
従来では、負荷５よりもパワーコンディショナ２側であるパワーコンディショナ２の出力端の電圧および電流をフィードバックして力率制御および高調波抑制制御を行っていたのに対して、この実施の形態では、以上のようにして負荷５よりも系統電源４側の系統電圧および系統電流をフィードバックして力率制御および高調波抑制制御を行っているので、力率を低下させたり、高調波を出力するような負荷５があったとしても、系統側に、その影響を及ぼすことがない。
【００３４】
なお、その他の動作は、従来例と同様であるので、その説明は、省略する。
【００３６】
また、本発明の他の実施の形態として、蓄電池システムのない太陽光発電システムに適用してもよい。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電システムの概略構成図であり、上述の実施の形態１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３８】
同図において、１は太陽電池、２１は本発明に係るパワーコンディショナ、３は蓄電池システム、４は系統電源、５は家庭内機器などの負荷、６〜８は第１〜第３ブレーカ、２０は計器用変圧器（ＰＴ）、２１は変流器（ＣＴ）であり、パワーコンディショナ２１は、各部を制御するマイクロコンピュータ９１と、直流電圧を昇圧する昇圧回路１１と、この昇圧回路１１からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２とを備えており、蓄電池システム３は、蓄電池１７の充電を制御する充電コントローラ１３、開閉手段としてのリレー１４、放電用ダイオード１６および複数の蓄電池１７とを備えるとともに、第２ブレーカ７と第３ブレーカ８との間に、マイクロコンピュータ９１によって開閉が自動制御される開閉手段としての電磁接触器（ＭＣ）２２を設けている。
【００３９】
この実施の形態の太陽光発電システムは、上述の実施の形態１同様に、連系運転時には、負荷５よりも系統電源４側の系統電圧および系統電流を、計器用変圧器２０および変流器２１を介してフィードバックし、力率制御および高調波抑制制御を行うものであり、これによって、実施の形態１と同様に、力率を低下させたり、高調波を出力するような負荷５があったとしても、系統側に、その影響を及ぼすことがない。
【００４０】
さらに、この実施の形態では、検出手段および制御手段としての機能を有するマイクロコンピュータ９１は、系統電圧に基づいて系統電源４の異常を検出し、系統電源４の異常時には、電磁接触器２２を開成するとともに、リレー１４を閉成して自立運転に自動的に切り換える一方、系統電源４が正常に復帰したときには、電磁接触器２２を閉成するとともに、リレー１４を開成して連系運転に自動的に切り換えるようにしている。
【００４１】
また、この実施の形態では、蓄電池１７への充電経路を、蓄電池１７から放電用ダイオード１６およびリレー１４を介する放電経路とは、別に備えており、この実施の形態では、蓄電池１７への充電を、パワーコンディショナ２１の昇圧回路１１の出力側から充電コントローラ１３を介する充電経路で行うように構成している。
【００４２】
図４は、系統電源４の異常の有無による運転切り換えの動作説明に供するフローチャートである。
【００４３】
先ず、連系運転において、系統電源４は正常であるか否かを、系統電圧が規定の範囲にあるか否かによって判断し（ステップｎ１）、正常でないと判断したときには、電磁接触器２２を開成して系統電源４と切り離し（ステップｎ２）、パワーコンディショナ２１を自立運転に変更して自立運転を開始し（ステップｎ３）、蓄電池システム付きであるか否かを判断し（ステップｎ４）、蓄電池システム付きであるときには、蓄電池システム３のリレー１４を閉成する（ステップｎ５）。
【００４４】
次に、この自立運転において、系統電源４は、正常に復帰したか否かを判断し（ステップｎ６）、正常に復帰したときには、一定期間の待機時間を確保するために、マイクロコンピュータ９１に内蔵の投入遅延タイマをスタートし（ステップｎ７）、蓄電池システム付きであるか否かを判断し（ステップｎ８）、蓄電池システム付きであるときには、蓄電池システム３のリレー１４を開成し（ステップｎ９）、投入遅延タイマによる一定の遅延時間が経過した後に、電磁接触器２２を閉成し（ステップｎ１０）、パワーコンディショナ２１を連系運転に変更して連系運転を開始するものである（ステップｎ１１）。
【００４５】
このように系統電源４の異常を検出し、異常時には、電磁接触器２２およびリレー１４の開閉を自動的に制御して自立運転に瞬時に移行し、正常に復帰したときには、前記電磁接触器２２およびリレー１４の開閉を制御して連系運転に瞬時に移行するので、従来例のように、手動でブレーカおよびパワーコンディショナのスイッチを操作したり、負荷を自立運転用の出力端子に接続する必要がなく、瞬時に運転を切り換えることができ、従来のような運転切り換えによる停電を回避することができる。
【００４６】
また、図５の従来例では、太陽電池１とパワーコンディショナ２０との接続部から第１リレー１４を介する同一の経路で蓄電池１７の充電あるいは放電が行われたけれども、この実施の形態では、放電経路とは別に、パワーコンディショナ２１の昇圧回路１１の出力側から蓄電池１７に充電するように構成しているので、蓄電池１７に充電する際に、パワーコンディショナから逆充電されることがなく、したがって、パワーコンディショナ２１の入力段には、従来例のような逆流防止用ダイオード１０を設ける必要がなく、これによって、逆流防止用ダイオード１０による電力ロスをなくすことができる。
【００４７】
しかも、系統電源４と連系した連系運転時においても、同一の充電経路で蓄電池１７に充電することができ、これによって、従来例のように、連系運転時に、系統電源から別系統で充電する必要がない。
【００４８】
さらに、太陽電池１の出力電圧を昇圧する昇圧回路１１の出力によって蓄電池１７を充電するので、太陽電池１の電圧が、蓄電池１７の電圧よりも低い場合にも充電することが可能となる。
【００４９】
また、従来例では、放電用ダイオード１６に並列に、充放電を制御するためのリレー１５が必要であったけれども、この実施の形態では、充電経路と放電経路とを別にしたので、かかるリレー１５を設ける必要がない。
【００５０】
なお、充電を制御する充電コントローラ１３は、満充電時には、過充電を防止し、また、蓄電池からの電力をパワーコンディショナに供給しているときには、充電を行わないように制御している。
【００５１】
次に、以上の構成を有する太陽光発電システムの動作を説明する。
【００５２】
先ず、系統電源４と連系した連系運転時には、各ブレーカ６〜８および電磁接触器２２は、閉成されており、蓄電池システム３のリレー１４は、開成されている。
【００５３】
この状態においては、太陽電池１からの直流電力は、パワーコンディショナの昇圧回路１１で昇圧され、インバータ回路１２によって交流電力に変換されてその交流電力が第２ブレーカ７を介して負荷５に供給され、余った電力が、蓄電池１７に蓄えられ、さらに系統に逆潮流される一方、パワーコンディショナ２１からの交流電力で賄えない場合には、第３ブレーカ８および電磁接触器２２を介して系統電源４から供給される。
【００５４】
この連系運転時においては、上述の実施の形態１と同様に、力率制御および高調波抑制制御が行われる。
【００５５】
次に、系統電源４が異常状態となった場合、例えば、停電した場合には、上述の図４のフローチャートに従って、電磁接触器２２を自動的に開成するとともに、蓄電池システム３のリレー１４を自動的に閉成して自立運転に切り換える。この自立運転では、太陽電池１あるいは蓄電池システム３からの直流電圧が、パワーコンディショナ２１の昇圧回路１１で昇圧され、インバータ回路１２によって交流電力に変換されてその交流電力が第２ブレーカ７を介して負荷１５に供給され、余った電力が、昇圧回路１１を介して蓄電池１７に充電される。
【００５６】
なお、系統電源４が正常状態に復帰したときには、電磁接触器２２を自動的に閉成するとともに、蓄電池システム３のリレー１４を自動的に開成して連系運転に自動的に切り換え、力率制御および高調波抑制制御が行われる。
【００５７】
図３の実施の形態では、系統電源４の異常を検出して瞬時に運転を切り換えるようにしたけれども、従来と同様に手動で運転を切り換える場合には、図３の仮想線で示されるように、第４ブレーカ２３を設置し、該ブレーカ２３を閉成してもよい。
【００５８】
なお、系統電源の異常の検出は、上述の実施の形態に限らず、従来の系統保護機能に利用される方式を用いることができるものであり、例えば、ＯＶ（過電圧）、ＵＶ（不足電圧）、ＯＦ（過周波数）、ＵＦ（不足周波数）、能動方式あるいは受動方式による単独運転防止機能などを単独であるいは組み合わせて用いてもよい。
【００５９】
上述の実施の形態では、太陽電池を発電源とした太陽光発電システムに適用して説明したけれども、本発明の他の実施の形態として、燃料電池等の他の発電源を用いた分散型電源システムに適用してもよいのは勿論である。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、負荷よりも系統電源側の出力に基づいて、力率制御および高調波抑制制御を行うので、力率を低下させたり、高調波を出力するような負荷があったとしても、系統側に、その影響が及ばないようにすることができる。
【００６１】
また、本発明によれば、系統電源の異常時には、開閉手段の開閉を制御して自立運転に自動的に切り換えることができる一方、系統電源が正常に復帰した時には、開閉手段の開閉を制御して連系運転に自動的に切り換えることができるので、従来のように手動で切り換え操作を行う必要がなく、また、瞬時の切り換えが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電システムの概略構成図である。
【図２】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電システムの概略構成図である。
【図４】図３の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図５】従来例の太陽光発電システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１                  太陽電池
２，２０，２１        パワーコンディショナ
３，３０              蓄電池システム
４                  系統電源
５                  負荷
９，９０，９１        マイクロコンピュータ
１１                昇圧回路
１４，１５          リレー
２２                電磁接触器
【図１】
0003622343.tif 000002
【図２】
0003622343.tif 000003
【図３】
0003622343.tif 000004
【図４】
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【図５】
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