(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の直流出力を交流出力に変換して負荷に供給すると共に、この交流出力の周波数を既存の電力系統の周波数と等しくする変換部を備える系統連系インバータ装置において、
前記電力系統と前記変換部との連系点の交流出力を取り出すトランスと、
入力に応じた交流出力を発生する電圧制御発振回路と、
前記トランスからの交流出力と前記電圧制御発振回路からの交流出力との位相差を検出し、検出結果を前記電圧制御発振回路の入力とすべく該電圧制御発振回路の入力端に出力端が接続された位相比較回路と、
該位相比較回路からの位相差が所定値を越えると、制御信号を発生すべく入力端が前記位相比較回路の前記出力端と前記電圧制御発振回路の前記入力端との間で前記位相比較回路の前記出力端に接続された検出回路とを備え、
前記変換部は前記検出回路からの制御信号により、直流出力の変換を停止することを特徴とする系統連系インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、既存の電力系統に連系される系統連系インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
系統連系インバータ装置には、既存の電力系統として商用電力系統に連系されるものがある。この系統連系インバータ装置は、太陽光発電システムの発生電力を商用周波数に変換し、変換した電力を需要先である負荷に供給する。系統連系インバータ装置が負荷に供給する電力が不足する場合、商用電力系統が不足分の電力を負荷に供給する。
【０００３】
この系統連系インバータ装置を図６に示す。この系統連系インバータ装置は、商用電力系統２に連系されて、太陽光発電システムの太陽電池１の発生電力を負荷３に供給する。
【０００４】
この系統連系インバータ装置では、インバータ回路１０１が、太陽電池１からの直流電圧を、商用周波数の交流電圧に変換する。これにより、太陽電池１からの直流電力は、交流電力に変換される。一方、遮断器１０２が通常、閉状態にあり、インバータ回路１０１からの交流電力は、遮断器１０２を経由して、負荷３に供給される。このとき、制御回路１０５のフェーズロックループ（ＰＬＬ）回路（図示を省略）は、インバータ回路１０１を制御して、変圧器１０３からの電圧の位相を、内蔵する発振器（図示を省略）が発振する基準周波数（商用周波数と同一周波数）の位相と一致させる。
【０００５】
商用電力系統では、送電系の保守や点検などのために、電力の供給を停止することがある。この場合には、作業者の安全確保などのために、系統連系インバータ装置からの電力供給を止める必要がある。このとき、系統連系インバータ装置は、例えば、負荷に供給される交流電力の電圧や周波数の変化を調べて、商用電力系統の断を検出する。
【０００６】
ところで、系統連系インバータ装置から供給される電力が、負荷で消費される電力に等しいとき、つまり、系統連系インバータ装置が単独運転をするとき、電圧や周波数の変化が発生しないので、商用電力系統の断の検出が困難である。そこで、単独運転のときでも、商用電力系統の断を検出するために、電圧位相跳躍検出方式が用いられる。
【０００７】
電圧位相跳躍検出方式は、負荷に供給される交流電圧と交流電流とを検出する。商用電力系統が断になったときに、負荷の力率角に応じて、交流電圧の位相が、交流電流に対して急激に変化することを検出する。
【０００８】
図６の系統連系インバータ装置は、この方法を採っている。つまり、系統連系インバータ装置では、変圧器１０３が負荷３に供給される交流電圧を検出し、変流器１０４が交流電流を検出する。制御回路１０５は、変圧器１０３および変流器１０４から交流電圧および交流電流をそれぞれ受け取ると、交流電流に対する交流電圧の位相差を検出する。位相差が大きくなると、制御回路１０５は、制御信号をインバータ回路１０１に送り、インバータ回路１０１を停止させる。これにより、制御回路１０５は、インバータ回路１０１からの交流電力の供給を遮断する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先に述べた系統連系インバータ装置は、変圧器１０３と変流器１０４とが必要になる。変圧器１０３や変流器１０４などのトランスは、鉄心にコイルを巻いたものであり、重量が重くなり、また、形状が大きくなる。このために、変圧器１０３や変流器１０４を実装するときには、広いスペースや、強度が大きい取り付け部分が必要となる。
【００１０】
この発明の目的は、このような欠点を除き、電圧位相跳躍検出方式を用いた場合に、トランスの数を少なくすることを可能にする系統連系インバータ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、その目的を達成するため、太陽電池の直流出力を交流出力に変換して負荷に供給すると共に、この交流出力の周波数を既存の電力系統の周波数と等しくする変換部を備える系統連系インバータ装置において、前記電力系統と前記変換部との連系点の交流出力を取り出すトランスと、入力に応じた交流出力を発生する電圧制御発振回路と、前記トランスからの交流出力と前記電圧制御発振回路からの交流出力との位相差を検出し、検出結果を前記電圧制御発振回路の入力とすべく該電圧制御発振回路の入力端に出力端が接続された位相比較回路と、該位相比較回路からの位相差が所定値を越えると、制御信号を発生すべく、入力端が前記位相比較回路の出力端と前記電圧制御発振回路の入力端との間で前記位相比較回路の前記出力端に接続された検出回路とを備え、前記変換部は前記検出回路からの制御信号により、直流出力の変換を停止する。
【００１２】
【作用】
この構成により、既存の電力系統が正常のとき、変換部は、太陽電池の直流出力を交流出力に変換すると共に、この交流出力の周波数を既存の電力系統の周波数と等しくする。
【００１３】
既存の電力系統が断になると、トランスは、連系点の交流出力を取り出す。位相比較回路は、トランスからの交流出力と、既存の電力系統が断になる前の、電圧制御発振回路からの交流出力との位相差を検出し、検出結果を電圧制御回路の入力とする。
【００１４】
このとき、負荷の力率角に応じて、交流出力の位相が、断になる前の位相に対して急激に変化する。断の直後では、電圧制御発振回路からの交流出力は、断の前の既存の電力系統の位相に等しいので、位相比較回路での比較結果は、所定値を越えることになる。検出回路は、制御信号を発生する。変換部は、検出回路からの制御信号により、直流出力の変換を停止する。
【００１５】
これにより、用いるトランスが１つでも、電圧位相跳躍検出方式の制御が行われる。
【００１６】
【実施例】
次に、この発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、この発明の一実施例を示すブロック図である。この系統連系インバータ装置では、入力点２０１に太陽電池１が接続され、連系点２０２で商用電力系統２と連系されている。そして、データ積算装置は、電圧位相跳躍検出方式により、商用電力系統２の断を検出する。
【００１８】
この系統連系インバータ装置は、変換部１１と、遮断器１２と、変圧器１３と、位相比較回路１４と、電圧制御発振回路１５と、検出回路１６とを備える。
【００１９】
変換部１１は、図２に示すように、フェーズロックループ回路２１と、発生回路２２と、パルス幅変調回路２３と、インバータ回路２４とを備える。
【００２０】
変換部１１のフェーズロックループ回路２１は、図５に示すように、変圧器１３からの交流信号ａ１と同相のパルス信号ｂを発生する。発生回路２２は、フェーズロックループ回路２１からパルス信号ｂを受け取ると、このパルス信号ｂの周期に等しい正弦波信号ｃを発生する。パルス幅変調回路２３は、正弦波信号ｃを受け取ると、この正弦波信号ｃの振幅によりパルスの持続時間を変えるパルス幅変調をする。
【００２１】
パルス幅変調回路２３は、パルス幅変調で変調信号ｄを発生する。この変調は、位相比較回路１４からの制御信号ｈで制御される。つまり、制御信号ｈが「Ｌ」レベルであるとき、パルス幅変調回路２３は、変調信号ｄを発生する。また、制御信号ｈが「Ｈ」レベルであるとき、パルス幅変調回路２３は、変調信号ｄを出力しない。
【００２２】
インバータ回路２４は、変調信号ｄにより、太陽電池１からの直流電圧を商用周波数の交流電圧ａに変換する。また、パルス幅変調回路２３が変調信号ｄを出力しないとき、インバータ回路２４は、直流電圧の変換を停止して、交流電力を出力しない。
【００２３】
位相比較回路１４は、変圧器１３からの交流信号ａ１に対する、電圧制御発振回路１５からの交流信号ｅの位相差を検出する。そして、位相比較回路１４は、この位相差に応じて、位相検出信号ｆを発生する。電圧制御発振回路１５は、位相差信号ｆに応じた周波数の交流信号ｅを発生する。
【００２４】
検出回路１６は、位相比較回路１４の位相検出信号ｆから、位相のズレを検出するものである。この検出回路１６の一例を図３に示す。この検出回路は、抵抗３１と、コンデンサ３２と、ＮＡＤゲート３３〜３５とを備える。
【００２５】
この検出回路では、リセット端子３７には、通常「Ｈ」レベルの信号が加えられている。また、図４に示すように、抵抗３１とコンデンサ３２とで決まる時定数により、不感帯幅ｔ１が設定されている。この状態のときに、位相検出信号ｆが端子３６に加えられた場合、位相検出信号ｆのパルス幅ｔ２が不感帯幅ｔ１より小さいと、ＮＡＤゲート３３は、出力信号ｇとして信号ｇ１を出力する。また、パルス幅ｔ３が不感帯幅ｔ１より長いと、信号ｇ２を出力する。信号ｇ２が出力されると、ＮＡＤゲート３４，３５で構成されるフリップフロップ回路は、その状態を反転し、制御信号ｈを端子３８から出力する。
【００２６】
次に、この実施例の動作について説明する。
【００２７】
商用電力系統２が正常である場合、商用電力系統２の周波数が安定しているため、連系点２０２の周波数は、一定な状態を保つ。変換部１１のフェーズロックループ回路２１は、変圧器１３からの交流信号ａ１、つまり商用電力系統２と同じ周波数のパルス信号ｂを発生する。発生回路２２は、このパルス信号ｂの周期に等しい正弦波信号ｃを発生し、パルス幅変調回路２３は、パルス幅変調で変調信号ｄを発生する。インバータ回路２４は、変調信号ｄにより、太陽電池１からの直流電圧を、商用周波数の交流電圧ａに変換する。
【００２８】
これにより、変換部１１は、商用電力系統２と同じ周波数、かつ同じ位相の交流電力を、遮断器１２を経由して負荷３に供給する。
【００２９】
同時に、位相比較回路１４は、変圧器１３からの交流信号ａ１に対する、電圧制御発振回路１５からの交流信号ｅの位相を比較する。この比較により、位相が同じであれば、つまり、電圧制御発振回路１９のパルス信号ｂの周波数が商用電力系統２と同じであれば、所定の位相検出信号ｆを発生する。
【００３０】
この位相検出信号ｆは、検出回路１６に加えられる。検出回路１６では、ＮＡＤゲート３３が位相検出信号ｆにより、信号ｇ１を発生する。このために、ＮＡＤゲート３４，３５は、その状態を反転しないので、「Ｌ」レベルの制御信号ｈを発生する。この制御信号ｈにより、パルス幅変調回路２３は、変調信号ｄの出力を続けるので、変換部１１のインバータ回路２４は、太陽電池１からの直流電力の変換を継続する。
【００３１】
ところで、商用電力系統２が断になった場合、負荷３の力率角に応じて、断の後の連系点２０２の交流電圧の位相は、断の前の位相に比べて急激に変化する。この変化は、変圧器１３を経由して、交流信号ａ１として位相比較回路１４に加えられる。
【００３２】
一方、電圧制御発振回路１５は、断の前の位相の交流信号ｅを位相比較回路１４に加える。位相比較回路１４は、位相差に対応した位相検出信号ｆを発生するので、位相検出信号ｆのパルス幅が大きくなる。このために、パルス幅が不感帯幅ｔ１より大きい位相検出信号ｆが、検出回路１６に出力される。検出回路１６は、この位相検出信号ｆから、出力信号ｇとして信号ｇ２を出力する。
【００３３】
信号ｇ２が出力されると、ＮＡＤゲート３４，３５で構成されるフリップフロップ回路は、その状態を反転し、「Ｈ」レベルの制御信号ｈを出力する。この制御信号ｈにより、パルス幅変調回路２３は、変調信号ｄを出力しないので、変換部１１のインバータ回路２４は、太陽電池１からの直流電力の変換を停止する。
【００３４】
このようにして、この実施例により、商用電力系統２が断になると、変換部１１からの交流電力の供給を停止することができる。
【００３５】
また、この実施例は、交流電圧を検出するための変圧器１３だけを用いる。この結果、この実施例により、従来に比べてトランスの数を減らすことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明は、使用するトランスが１つでも、既存の電力系統が断になると、急激な位相の変化を検出して、変換部からの交流出力の供給を停止する。この結果、従来の電圧位相跳躍検出方式に比べて、使用するトランスの数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】変換部の一例を示すブロック図である。
【図３】検出回路の一例を示すブロック図である。
【図４】図３の検出回路の波形を示す図である。
【図５】変換部での波形を示す波形図である。
【図６】従来の系統連系インバータ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
２  商用電力系統
１１  変換部
１３  変圧器
１４  位相比較回路
１５  電圧制御発振回路
１６  検出回路
２０２  連系点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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