(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を電源として、該太陽電池の直流出力を系統と同品質の交流電力に変換し、系統と連系運転する連系インバータの経年劣化予測方法において、
前記連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電流・電圧及び出力電流・電圧を演算する演算ステップと、
前記ステップによって得られる入出力電流・電圧から連系インバータの入出力電力比を求める電力比演算ステップと、
前記入出力電力比と予め記憶しておいた入力電圧がＶａ、出力電圧がＶｂの条件下において、インバータ出力電力がα値以上で一定となる初期値として記憶した入出力電力比と、前記電力比演算ステップで演算した入出力電力比とを比較する比較ステップと、を備え、
前記比較ステップにより比較し、入出力電力比の減少により連系インバータ自身で回路劣化を予測することを特徴とする連系インバータの経年劣化予測方法。
【請求項２】
前記演算ステップの替わりに、前記連係インバータによる最大電力点追尾を行い、前記連係インバータの出力電力がα＋Δα値となった場合に、自動的に太陽電池の出力電圧をＶａにして、前記連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電流・電圧及び出力電流・電圧を演算する演算ステップを備え、
前記比較ステップにより比較し、入出力電力比の減少により連系インバータ自身で回路劣化を予測することを特徴とする請求項１に記載の連系インバータの経年劣化予測方法。
【請求項３】
太陽電池を電源として、該太陽電池の直流出力を系統と同品質の交流電力に変換し、系統と連系運転する連系インバータの経年劣化予測方法において、
前記連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電圧からリップル電圧を検出する検出ステップと、
該リップル電圧と予め記憶しておいた入力電圧がＶａ、出力電圧がＶｂの条件下において、インバータ出力電力をα以上で一定となる初期値として記憶したリップル電圧と、前記検出ステップにより検出したリップル電圧とを比較する比較ステップと、を備え、
前記比較ステップにより比較し、リップル電圧の増加により、連系インバータ自身で直流フィルタのコンデンサの劣化を予測することを特徴とする連系インバータの経年劣化予測方法。
【請求項４】
前記検出ステップの替わりに、前記連係インバータによる最大電力点追尾を行い、前記連係インバータの出力電力がα＋Δα値となった場合に、自動的に太陽電池の出力電圧をＶａにして、前記連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電圧からリップル電圧を検出する検出ステップを備え、
前記比較ステップにより比較し、リップル電圧の増加により、連系インバータ自身で直流フィルタのコンデンサの劣化を予測することを特徴とする請求項３に記載の連系インバータの経年劣化予測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、住宅用太陽光発電システムの構成要素機器である連系インバータに関し、特に連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電流・電圧及び出力電流・電圧を用いることによる連系インバータの経年劣化予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
系統と連系する太陽光発電システムは住宅用太陽光発電システムとして、一般家庭に導入、普及する状況にある。ここで系統とは商用電力の配電系統を意味し、連系とは相互接続の意味である。
この系統連系システムは太陽電池の直流出力を連系インバータで交流出力に変換し、系統と連系運転が可能で、家庭内での消費電力を上回るインバータ出力は、系統に逆潮流し、電力会社に売電できる。
【０００３】
連系インバータは、このような住宅用太陽光発電システムの構成要素機器であり、家庭内に入る機器としては、従来にない電力発生型機器である。しかも太陽電池からの直流電力を交流電力に変換し、系統への逆潮流を行っていることから、電力系統及び家庭内負荷あるいは他の住宅の負荷への影響を避けるため、連系インバータの突発的なトラブルは未然に防ぐことが要求される。
【０００４】
従って、経年劣化を予測し、トラブル防止のため迅速に対応することが重要であるが、従来、経年劣化をインバータ自身で予測する連系インバータはない。強いて言うならば定期点検で、装置の目視チェックや絶縁耐圧、絶縁抵抗等の測定を行い経年劣化を調べる程度である。
【０００５】
詳しくインバータの経年劣化を調査する場合には、インバータの入出力電力の比を求め、その増加の程度により回路劣化を予測したり、インバータの入力フィルタであるコンデンサのリップル電圧の増加からコンデンサの劣化を検出する方法がある。
【０００６】
回路経年劣化は、ハンダ付箇所の抵抗分増加、接続箇所のゆるみ等による抵抗分増加が主要な原因であり、これらの抵抗分の増加により生ずる電力損失（内部損失）を、初期値（例えば、連系インバータの出荷時の値や設置時の値）と比較して評価する。従って電力損失を入出力電力比によって検出し、経年劣化を予測する。入力電力、出力電力は電力計を用いて計測する。
【０００７】
また、入力フィルタのコンデンサのリップル電圧は、インバータの入力電圧に含まれており、コンデンサ容量の低減をリップル電圧の初期値に対する増加によって評価する。入力フィルタのコンデンサのリップル電圧の測定については、デジタルオシロスコープレベルの測定器を使用する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
連系インバータの経年劣化を、定期点検で行うとしても、上述の通り直流電力、交流電力を計測する電力計が必要であり、もし、連系インバータの入出力電力比を求めたとしても、インバータ入出力電力比の初期値が不明であったり、初期値との計測条件（入力電流、入力電圧、出力電流、出力電圧）が異なることから、経年劣化の予測が非常に難しくなる問題があった。
【０００９】
さらに入力フィルタのコンデンサのリップル電圧の計測にはデジタルオシロスコープが必要で、連系インバータのフィールド（一般家庭）でのチェックは非現実的である。
【００１０】
本発明の目的は、連系インバータの経年劣化をインバータ自身で予測する機能を与えるもので、日常的に連系インバータの劣化予測がコストアップにならずに実現でき、連系インバータの事故・故障を未然に防ぐことができる連系インバータの経年劣化予測方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、太陽電池を電源として、該太陽電池の直流出力を系統と同品質の交流電力に変換し、系統と連系運転する連系インバータの回路や直流フィルタのコンデンサの経年劣化予測方法である。
【００１２】
本発明は、前記連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電流・電圧及び出力電流・電圧を演算して、連系インバータの入出力電力比を求め、該入出力電力比と予め記憶しておいた初期値の入出力電力比とを比較し、入出力電力比の減少により、連系インバータ自身で回路劣化を予測する連系インバータの経年劣化予測方法である。
【００１３】
本発明は、前記連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電圧からリップル電圧を検出し、該リップル電圧と予め記憶しておいた初期値のリップル電圧とを比較し、リップル電圧の増加により、連系インバータ自身で直流フィルタのコンデンサの劣化を予測する連系インバータの経年劣化予測方法である。
【００１４】
【作用】
本発明において、連系インバータの運転制御のために検出していた入力電流・電圧及び出力電流・電圧の検出信号を用いて、連系インバータの入出力電力比あるいは直流フィルタのコンデンサのリップル電圧を求めるので、改めて測定装置を用いる必要がなく、容易に入出力電力比を求めることができる。連系インバータの制御回路により、この検出した入出力電力比あるいはリップル電圧と予め記憶しておいた初期値の入出力電力比あるいはリップル電圧とを比較し、入出力電力比の減少あるいはリップル電圧の増加により連系インバータの経年劣化を予測する。従って、入出力電力比やリップルの初期値が不明になったりすることもなく、計測条件も常に同一にすることができ、経年劣化の予測の精度が向上する。こうして連系インバータがそれ自身で経年劣化を予測し、常時自動的に経年劣化の点検を行う。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照しながら実施例を用いて本発明を説明する。
図１は、本発明に係る連系インバータを用いた太陽光発電システムのブロック図である。太陽電池１が出力する直流を連系インバータ２によって交流に変換し、系統電源３に接続している。連系インバータは、コンデンサＣ1からなる直流フィルタ４と、スイッチング素子からなるインバータ回路５と、コイルＬとコンデンサＣ2とからなる交流フィルタ６と、制御回路７と、ＬＥＤやＬＣＤ等からなる表示部８とを具備する。
【００１６】
連系インバータ２は、詳しくは後述するが、太陽電池１から最大の出力を取り出すため、入力インピーダンスを制御している。そのため制御回路７には、直流フィルタ４のインバータ回路側から入力電流（＝太陽電池出力電流）Ｉin、入力電圧（＝太陽電池出力電圧）Ｖinの検出信号が入力され、この信号に基づき制御回路７がインバータ回路５をスイッチング素子ドライブ回路９を介して制御する。ここで、入力電流Ｉinは直流電流検出器Ｓ1によって検出される。
【００１７】
また連系インバータは系統と連系運転をするため、系統と同品質、即ち周波数及び電圧が同じになるように、太陽電池１からの出力を制御する。そのため制御回路７には、交流フィルタ６の系統側から出力電流Ｉout、出力電圧Ｖoutの検出信号が入力され、この信号に基づき、制御回路７がインバータ回路５をスイッチング素子ドライブ回路９を介して制御する。出力電圧Ｖoutは系統電圧に等しく、出力電圧Ｖoutを検出することは系統電圧を検出することになる。系統と同一の周波数を有する正弦波とするために、出力電流Ｉoutを検出している。ここで、出力電流Ｉoutは交流電流検出器Ｓ2によって検出される。
【００１８】
図２に、制御回路のブロック図を示す。この制御回路はＡ／Ｄ変換器１０とＭＰＵ（Micro Processor Unit) １１と、ＲＯＭ(Read Only Memory)１２と、からなる。検出された入力電流Ｉin、入力電圧Ｖin、出力電流Ｉout、出力電圧Ｖoutが、Ａ／Ｄ変換器１１に入力され、デジタル信号に変換され、その信号により、ＭＰＵ１１で各値を読み取り、演算を行って制御信号を送出する。
後述するように、ＲＯＭ１２には初期値の入出力電力比が記憶され、ＭＰＵ１１で検出値とＲＯＭ１２の初期値を比較し、経年劣化を予測できた場合には表示部８に視覚化する。
【００１９】
さて連系インバータの経年劣化は、従来技術でも述べたように、ハンダ付箇所の抵抗分増加、接続箇所のゆるみ等による抵抗分増加が主要な原因であり、これらの抵抗分の増加により生ずる電力損失（内部損失）を、インバータ設置時の初期値と比較して評価する。従って電力損失を入出力電力の比によって検出し、経年劣化を予測する。
【００２０】
インバータの入出力電力比ηを以下の式で求める。
【数１】
0003719729.tif 000002
尚、上式の演算は制御回路７のＭＰＵ１１で行う。
この入出力電力比ηをインバータの初期状態における入出力電力比η0（初期入出力電力比)と比較する。
【００２１】
インバータの入出力電力比は、図３に示すように一定の入力電圧、出力電圧の条件では出力電力の大きさによって定まり、ある出力α以上でほぼ一定となる。そこでインバータの出荷時における初期状態で入力電圧がＶa、出力電圧がＶbのとき、インバータ出力がα以上で一定となる入出力電力比をη0とする。このη0をインバータ入出力電力比の初期値として、予め制御回路７のＲＯＭ１２に記録しておく。さらに、インバータの出力電圧範囲内の任意の電圧ＶoutとＶbの間に入出力電力比の差があれば、補正係数Ｋを合わせて記録する。
尚、入力電圧Ｖaは太陽電池の定格電圧の８０％程度に設定しておく。
【００２２】
連系インバータは、日射変動に対して出力特性も変化する太陽電池を電源としており、その太陽電池出力制御方式として、最大出力点追尾方式が用いられる。これは連系インバータの入力インピーダンスの制御により、連系インバータと直結している太陽電池の負荷特性の制御が可能となることを利用するものである。すなわち太陽電池の出力が最大となるように連系インバータの入力インピーダンスを変化させることにより、太陽電池の動作点を制御する。
【００２３】
連系インバータが起動して、最大電力点追尾を行い、インバータ出力電力がα＋Δα（Δα＝αの数十％程度）となったときに１度だけ、強制的に太陽電池の動作電圧をＶaにして、この状態での連系インバータの入出力電力比ηを求める。動作電圧の変化はインバータ回路のスイッチング素子のドライブ信号を制御することで容易に実現できる。
【００２４】
このときインバータ運転時の入出力電力比η1は
【数２】
0003719729.tif 000003
となり、さらにη0と比較するためにＶoutとＶbの補正を行うと
η2＝η1×Ｋ（Ｖout−Ｖb）
よって、α＜Ｉin×Ｖaで、かつη0×０．９＞η2であれば
経年変化による回路の内部損失の増加とみなす。そして、経年劣化の表示をＬＥＤ等の表示部８で行う。
【００２５】
ここでη0×０．９の０．９は、インバータの個体差、計測信号の測定誤差を考慮した仮の値であり、この値は実際のインバータの特性に合わせて設定すれば良い。
【００２６】
さて、経年変化を予測する場合の制御回路の動作を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
まずステップ２１、２２、２３、２４でそれぞれ入力電圧Ｖin、入力電流Ｉin、出力電圧Ｖout，出力電流Ｉout、を検出する。ステップ２１で入力電圧ＶinがＶaとなったとき、ステップ２５でＶa・ＩinをＭＰＵ１１で演算し、結果をＰinとする。同時にステップ２６で∫Ｖout・ＩoutをＭＰＵ１１で演算し、結果をＰoutとする。ステップ２７で（Ｐout／Ｐin）×１００を演算し、結果をη1とする。ステップ２８でα＜Ｐinかを判別し、α≧Ｐinの場合には、最初にもどってステップ２１、２２、２３、２４で電圧・電流の検出を行う。α＜Ｐinであればステップ２９へ進み、０．９×η0＞η1かを判別し、そうであれば経年劣化と判定する（ステップ３０）。上述したように、本来はη0×０．９＞η2であるが、ここではη1≒η2とし、η0×０．９＞η1とする。ステップ３１に進んで、経年劣化を表示部に表示する。０．９×η0≦η1の場合は、最初に戻ってステップ２１、２２、２３、２４で電流・電圧を検出する。
【００２７】
経年劣化には、前述の回路劣化の他、コンデンサの容量抜けという劣化もある。この劣化はコンデンサ容量の低減をリップル電圧の初期値に対する増加によって評価する。
太陽電池２は直流フィルタとしてのコンデンサＣ1と直結されており、入力電圧ＶinにはコンデンサＣ1のリップル電圧が含まれる。従って、入力電圧Ｖinの計測時に、入力電圧Ｖinの平均値と、そのピーク電圧の差を制御回路７のＭＰＵ１２で演算し求めることにより、リップル電圧を求めることができる。
出荷時にＲＯＭ１２にリップル電圧の最大値を初期値として記憶しておき、検出したリップル電圧が初期値に対して予め設定したレベルを上回った場合には、コンデンサの容量抜けとなみなしてコンデンサの経年劣化と判定する。そのとき経年劣化の表示をＬＥＤ等の表示部８で行う。
【００２８】
図５は、昇圧回路を内蔵する連系インバータを用いた太陽光発電システムのブロック図である。本実施例は前述の実施例と基本構成はほぼ同じであるので、同一部分に同一符号を付し説明は省略する。本実施例は、連系インバータ１５において、インバータ回路５の前段にスイッチング素子からなる昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を配した点が特徴である。昇圧回路である昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、制御回路７によりスイッチング素子ドライブ回路１３を介して制御されている。
図１は、典型的な連系インバータの構成を示したものであるが、図５に示すような昇圧回路を内蔵した連系インバータであっても、上述の発明と全く同様に入出力電力比の比較により経年劣化が予測できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によると、連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電流・電圧及び出力電流・電圧を演算して、連系インバータの入出力電力比を求め、該入出力電力比と初期値の入出力電力比を比較し、入出力電力比の減少により連系インバータの回路劣化を予測するから、連系インバータ自身で点検を行い、定期点検をしなくともインバータの経年劣化の予測が低コストでかつ日常的に行えるようになり、インバータの突発的な事故、故障を未然に防ぐことができる。
本発明によると、前記連系インバータの運転制御に用いる検出信号の入力電圧からリップルを検出し、初期値の入力電圧に含まれたリップルに対する増加により直流フィルタのコンデンサの劣化を予測するから、前述同様に、定期点検をしなくともインバータの経年劣化の予測が低コストでかつ日常的に行えるようになり、インバータの突発的な事故、故障を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連系インバータを用いた太陽光発電システムのブロック図である。
【図２】連系インバータの制御回路のブロック図である。
【図３】連系インバータの制御の入出力電力比−出力電力の相関を示すグラフである。
【図４】本発明に係る連系インバータの経年劣化予測動作を示すフローチャートである。
【図５】昇圧回路を内蔵する連系インバータを用いた太陽光発電システムのブロック図である。
【符号の説明】
１  太陽電池
２  連系インバータ
３  系統電源
Ｉin  入力電流
Ｉout出力電流
Ｖin  入力電圧
Ｖout出力電圧
【図１】
0003719729.tif 000004
【図２】
0003719729.tif 000005
【図３】
0003719729.tif 000006
【図４】
0003719729.tif 000007
【図５】
0003719729.tif 000008