(57)【要約】【課題】  安定して直流成分を検出する。【解決手段】  太陽電池２の直流電力をインバータ６が交流電力に変換して、電力系統に連系して出力する。インバータ６の出力電流を電流検出器１８が検出して、出力電流検出信号を生成する。出力電流検出信号をＡ／Ｄ変換器２０がデジタル出力電流検出信号に変換して制御部１６に供給する。制御部１６は、ローパスフィルタとして機能し、デジタル出力電流検出信号の低周波成分を抽出し、これを積算する。この積算値が、予め定めた基準値以上のとき、インバータ６への停止信号を出力する。【選択図】  図１
2014121106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の電力を交流電力に変換して、電力系統に連系して出力するインバータの出力電流を検出して、出力電流検出信号を生成する電流検出器と、
前記出力電流検出信号をデジタル出力電流検出信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル出力電流検出信号が供給されるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力が順次供給され、積算する積算手段と、
前記積算手段の積算値が、予め定めた基準値以上のとき、前記インバータへの停止信号を出力する判断手段とを、
具備する系統連系インバータの直流検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の系統連系インバータの直流検出装置において、前記積算手段は、前記ローパスフィルタの出力信号のうち、正の所定値以上のものを加算積算し、負の所定値以下のものを減算積算する系統連系インバータの直流検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の系統連系インバータの直流検出装置において、前記基準値は、予め定めた前記ローパスフィルタの出力値と前記所定値との差と予め定めた時間との積である系統連系インバータの直流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータからの交流電力を電力系統に連系して出力するインバータの出力に含まれる直流成分を検出する直流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や燃料電池などからの直流電力を電力系統に連系するために、直流電力を交流電力に変換するためにインバータが使用される。連系時に、インバータから電力系統に直流が流入することを防止するために、特許文献１に記載されているように、系統連系技術要件ガイドラインでは、系統連系インバータの出力に変圧器を設置することを義務づけている。但し、低圧配電線に連系する場合には、インバータ側に直流検出器を備え、直流を検出したときに、インバータからの交流出力を停止することによって、インバータの出力側の変圧器の設置の省略が認められている。この直流検出器の一例が上記特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１の技術によれば、インバータの出力電流の瞬時波形を電流検出器によって検出し、電流検出器のアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、系統電圧のゼロクロス点をゼロクロス検出器で検出し、デジタル変換された出力電流の瞬時値をゼロクロス検出器で検出したゼロクロス点から系統電圧の１周期分、積算部で積算し、積算部の出力を系統電圧の一周期の間、保持部で保持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１３６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術に記載はないが、積算部の出力は、基準値と比較され、基準値を超えると、インバータが停止される。インバータの出力電流が例えば負荷の影響でランダムに変化した場合、積算値に含まれる交流成分が閾値を超え、異常検出を行う場合があり、非常に不安定な直流検出となる。
【０００６】
本発明は、安定して直流成分を検出することができる系統連系インバータの直流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の系統連係インバータ装置の直流検出装置は、直流電源、例えば太陽電池や燃料電池などの直流電力を交流電力に変換して、電力系統に連係して出力するインバータの直流成分を検出するもので、電流検出器を有している。この電流検出器は、前記インバータ装置の出力電流を検出して、出力電流検出信号を生成する。この出力電流検出信号は、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル出力電流検出信号に変換され、ローパスフィルタに供給される。ローパスフィルタの出力が順次積算手段に供給される。積算手段は、前記ローパスフィルタの出力信号のうち、正のものを加算積算し、負のものを減算積算する。前記積算手段の積算値が、予め定めた基準値以上のとき、前記インバータへの停止信号を判断手段が出力する。
【０００８】
このように構成された直流検出装置では、ローパスフィルタが、デジタル出力電流検出信号に含まれる低周波成分、例えばインバータの出力中の交流成分の非対称性等によって発生した直流成分や、電流検出器の出力中のオフセット成分やドリフト成分を検出する。もし、これらデジタル出力電流検出信号を予め定めた閾値と比較し、デジタル出力電流検出信号が閾値を超えると、直流成分を検出したとして、インバータを停止させるように構成したなら、負荷の影響等によって瞬間的にデジタル出力電流検出信号が閾値を超えただけでも、インバータを停止させることとなり、安定したインバータの運転を行うことができない。これは、例えばローパスフィルタの時定数を大きくすることによって対応できるが、上記の連系系統技術要件ガイドラインでは、交流出力の１％の直流成分が供給された場合、０．５秒以内にインバータを停止させることが求められており、ローパスフィルタの時定数を大きくするだけでは対応することができない。そこで、本願発明の一態様では、ローパスフィルタの出力を積算手段で積算し、その積算値が予め定めた基準値を超えたとき、判断手段が停止信号を発生するように構成しているので、瞬間的に直流成分が発生しても、積算値には大きな影響を与えないので、安定したインバータの運転を行うことができるし、大きな値のデジタル出力電流検出信号が持続して発生した場合には、積算値は急速に大きな値となるので、上記ガイドラインで規定されている応答性を容易に満足することができる。
【０００９】
前記積算手段は、前記ローパスフィルタの出力信号のうち、前記ローパスフィルタの出力信号のうち、正の所定値以上のものを加算積算し、負の所定値以下のものを減算積算するものとすることができる。このように構成すると、正の所定値以上のローパスフィルタの出力と正の所定値との差分の加算積算値と、負の所定値以上のローパスフィルタの出力と負の所定値との差分の減算積算値との合算値が積算手段の積算値となるので、正負に変動している直流成分の影響を受けることなく、正方向または負方向に継続的に変化する直流成分を急速に検出することができる。前記正の所定値と負の所定値とは絶対値を等しくすることができる。
【００１０】
前記基準値は、予め定めた前記ローパスフィルタの出力値と前記所定値との差と、予め定めた時間との積とすることができる。このように構成すると、予め定めたローパスフィルタの出力値が予め定めた時間継続したときに、停止信号を発生することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、安定した直流成分の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施形態の系統連系インバータの直流検出装置のブロック図である。
【図２】図１の直流検出装置において使用されるローパスフィルタのブロック図である。
【図３】図１の直流検出装置における直流分の検出原理の説明図である。
【図４】図１の直流検出装置の特性の説明図である。
【図５】図１の直流検出装置の積算の説明図である
【図６】図１の直流検出装置の動作フローチャートの一部である。
【図７】図１の直流検出装置の動作フローチャートの残りの部分である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の１実施形態の系統連係インバータ装置の直流検出装置は、図１に示すように、直流電源、例えば太陽電池２が発生する直流電力を交流電力に変換して、出力端子４、４から電力系統へ連係して出力するインバータ６に設けられている。インバータ６の出力側には、電流検出器８が設けられ、この電流検出器８は、インバータの出力電流を表すアナログ出力電流検出信号を発生している。なお、インバータ６の出力側にはフィルタを構成するインダクタ１０とコンデンサ１２とが設けられている。
【００１４】
電流検出器８から出力されたアナログ出力電流検出信号は、Ａ／Ｄ変換器１４によって所定サンプリング周期ごとにデジタル出力電流検出信号にデジタル変換される。このデジタル出力電流検出信号は、例えばＣＰＵによって構成された制御部１６に供給される。制御部１６は、インバータ６が有する半導体スイッチング素子を制御するもので、太陽電池２から供給された直流電力を交流電力に変換するように、Ａ／Ｄ変換器１４から供給されたデジタル出力電流検出信号に基づいて半導体スイッチング素子をオン、オフ制御する。
【００１５】
電流検出器８の出力電流検出信号にオフセット成分やドリフト成分が含まれていると、そのオフセット成分やドリフト成分を含む出力電流検出信号がデジタル化されて制御部１６に供給されるので、インバータ６から出力される交流電流は、オフセット成分やドリフト成分に対応する直流成分を含むものとなる。この電流検出器８のオフセット成分やドリフト成分に基づいてインバータ６の出力電流に含まれるオフセット成分やドリフト成分を検出するために、電流検出器８と直列に電流検出器１８が設けられ、電流検出器１８の出力電流検出信号はＡ／Ｄ変換器２０によってデジタル出力電流検出信号に変換されて、制御部１６に供給される。なお、制御部１６では、デジタル出力電流検出信号に基づいて、上述したオフセット成分やドリフト成分の他に、負荷の変動等によってインバータ６の出力電流に生じた非対称性等に基づく直流成分も検出される。
【００１６】
制御部１６内では、Ａ／Ｄ変換器２０からのデジタル出力電流検出信号は、デジタルローパスフィルタ２２に供給され、その低周波成分が検出される。このデジタルローパスフィルタ２２をブロック図で表すと、図２に示すように構成されており、インバータ６が電力系統と連系している状態では、Ａ／Ｄ変換器２０からのデジタル出力電流検出信号は、１次遅れデジタルフィルタ２４に供給され、その出力は、ｂ接点スイッチ２６、保持回路２８を介して加算器３０においてＡ／Ｄ変換器２０からのデジタル出力電流検出信号から減算され、その加算器３０の出力は、更に１次遅れデジタルフィルタ３２に供給される。なお、インバータ６が電力系統と連系していない場合には、ｂ接点スイッチ２６が開かれ、Ａ／Ｄ変換器２０からのデジタル出力電流検出信号は、加算器３０を介して１次遅れデジタルフィルタ３２に供給されるのみである。
【００１７】
このようにデジタルローパスフィルタ２２にＡ／Ｄ変換器２０からのデジタル出力電流検出信号を供給することによって、デジタルローパスフィルタ２２の出力は、インバータ６の出力電流の低周波成分をデジタル化したものとなり、例えば図３（ａ）に示すようなＡ／Ｄ変換器２０からのデジタル出力電流検出信号から同図（ｂ）に示すようなデジタル低周波成分を抽出する。なお、同図（ｂ）では、オフセット成分をかなり誇張して描いてある。制御部１６は、同図（ｂ）に示すデジタル低周波成分のうち、予め定めた所定値、例えば閾値ＴＨ以上のものを同図（ｃ）に示すように抽出し、これを制御部１６によって構成した積算手段で、同図（ｄ）に示すように積算し、その積算値が予め定めた基準値ＲＥＦ以上となったときに、制御部１６によって構成した判断手段によって直流成分を検出したと判断して、停止信号を発生し、インバータ６を停止させる。
【００１８】
閾値ＴＨ以上のローパスフィルタ２２の出力を積算しているので、わずかな直流成分が累積されて、積算値が基準値ＲＥＦを超えることが防止されている。また、積算しているので、大きな値のローパスフィルタ２２の出力が例えば負荷の変動等によって一時的に発生しても、積算値は基準値ＲＥＦを超えることがなく、安定したインバータ６の制御を行うことができる。また大きな値のローパスフィルタ２２の出力が継続して発生した場合には、速やかに基準値以上に積算値がなり、応答性を高めることができる。例えば図４（ａ）に示すように勾配が異なる閾値ＴＨを超える２つのローパスフィルタ２２の出力が存在する場合、その積算値は、それぞれ同図（ｂ）、（ｃ）に示すようになり、勾配の大きなローパスフィルタ２２の出力の方が速く基準値ＲＥＦを超える。
【００１９】
上記の説明は、ローパスフィルタ２２の出力が一方の極性、例えば正の極性を有する場合のみの場合の説明であるが、実際には、図５に誇張して示すようにローパスフィルタ２２の出力は、正方向及び負方向に変動する可能性がある。この場合、正負２つの閾値＋ＴＨと−ＴＨとを設定し（＋ＴＨと−ＴＨとは絶対値を等しくすることもできるし、異なった値とすることもできる。）ローパスフィルタ２２の出力が正方向のとき、+ＴＨ以上となると加算積算を行い、ローパスフィルタ２２の出力が負方向になって、−ＴＨ以下となると、今までの積算値に対して減算積算を行う。そして、積算値の絶対値が、基準値ＲＥＦを超えると、停止信号を発生する。即ち、閾値＋ＴＨ以上の値の加算積算値及び閾値−ＴＨ以下の減算積算値との総和の絶対値が基準値ＲＥＦ以上となると、停止信号を発生する。
【００２０】
上記ガイドラインに、定格出力電流の１％以上の直流成分が供給されてから０．５秒以内にインバータ６を停止させることが規定されていることにより、閾値ＴＨの絶対値及び基準値ＲＥＦは、閾値ＴＨを定格出力電流の１％よりも小さい例えば０．８％とし、基準値ＲＥＦは、定格出力電流の１％と閾値０．８％との差分と、０．５秒以下で０より大きい値、例えば５０ｍ秒との積と定めている。即ち、定格出力電流の０．８％以上の正極性の低周波成分または負極性の低周波成分が５０ｍ秒以上継続した場合に、停止信号を発生するように、基準値ＲＥＦは定められている。
【００２１】
図６及び図７に、制御部１６が積算用に行う処理を示す。この処理は、ローパスフィルタ２２から出力が供給されるごとに行われる。図６において、まず直流分流出が有効で、かつ自立運転モードでない（系統連系モードである）かの判断を行うステップ２）。この判断の答えがノーの場合、後述する積算処理の初期化を行ってステップ４）、この処理を終了する。
【００２２】
ステップＳ２の判断の答えがイエスの場合、既に直流分が流出しているとオンとされる直流分流出フラグがオンでないか、即ち既に直流分が流出しているか判断する（ステップ６）。この判断の答えがイエスの場合、インバータ６が運転中であるか判断する（ステップＳ８）。この判断の答えがイエスの場合、ローパスフィルタ２２の出力のうち±ＴＨを超える直流分を正、負側で積算処理する（ステップＳ１０）。具体的には、正の積算用のカウンタＣ１と負の積算用のカウンタＣ２とを設け、これらは積算値が０となるように当初に初期化されており、カウンタＣ１は、それの現在の値に対して、ローパスフィルタ２２の出力から＋ＴＨを減算した値を加算して加算積算し、その積算値が負であると、カウンタＣ１を初期化する。また、カウンタＣ２では、−ＴＨからローパスフィルタ２２の出力を減算した値を、現在のカウンタＣ２の値に加算して減算積算し、その積算値が負であると、カウンタＣ２を初期化する。
【００２３】
次に積算値が基準値ＲＥＦに到達したか判断する（ステップＳ１２）。具体的には、カウンタＣ１の値が基準値ＲＥＦ以上であるか、またはカウンタＣ２の値が基準値ＲＦＥ以上であるか判断する。この答えがイエスの場合、直流分流出が検出されたので、インバータ６に対して停止信号を供給し、かつ直流分流出フラグをオンする（ステップＳ１４）。
【００２４】
ステップＳ１２の判断の答えがノー場合、またはステップＳ１４に続いて、停止状態からインバータ６を運転復帰させるための計時手段、例えば復帰タイマを初期化して（ステップＳ１６）、この処理を終了する。
【００２５】
また、ステップＳ８の判断の答えがノーの場合、即ち、インバータが運転中でない場合、積算処理を初期化して（ステップＳ１７）、ステップＳ１６を実行して、この処理を終了する。
【００２６】
ステップＳ６の判断の答えがノーの場合、即ち直流分流出フラグがオンであって、既に直流分流出が検出されている場合、図７に示すようにインバータ６は運転中でないか判断する（ステップＳ１８）。この判断の答えがイエスの場合、即ち、停止信号によってインバータ６が運転を停止していると、復帰タイマでカウントして停止からの時間を計測する（ステップＳ２０）。なお、復帰タイマは当初カウント値は０に初期化されている。
【００２７】
ステップＳ２０に続いて、復帰タイマのカウント値を基に１００ｍ秒が経過したか判断する（ステップＳ２２）。即ち、インバータ６が停止してから予め定めた時間、例えば１００ｍ秒が経過したか復帰タイマのカウント値を基に判断する。この判断の答えがイエスの場合、直流流出を復帰させる（ステップＳ２４）。即ち、停止信号を消失させて、インバータ６を運転復帰させ、かつ直流流出フラグをオフにする。そして、ステップＳ２４につづいて、またはステップＳ２２の判断の答えがノーの場合、積算処理を初期化し（ステップＳ２６）、この処理を終了する。即ち、カウンタＣ１、Ｃ２を初期化して、その積算値を０とする。
【００２８】
また、ステップＳ１８の判断の答えがノーの場合、即ちインバータ６が運転中の場合、復帰タイマを初期化して（ステップＳ２８）、ステップＳ２６を実行する。
【００２９】
上記の実施形態では、ローパスフィルタ２２として、図２に示したような構成のものを使用したが、これに限ったものではなく、交流出力電力を除去して低周波成分を抽出することができるものであれば、公知の種々のデジタルローパスフィルタを使用することができる。また、積算処理及び基準値との比較処理も上記の実施形態に限ったものではない。例えばローパスフィルタ２２から出力が供給される毎に、その極性が正であるか負であるか判断し、正である場合、ローパスフィルタ２２の出力から正の閾値+ＴＨを減算し、その減算値が正の場合、その値を積算し、極性が負である場合、ローパスフィルタ２２の出力から負の閾値―ＴＨを減算し、その値が負の場合、その値を積算する。そして、基準値として正の基準値+ＲＥＦと負の基準値−ＲＥＦとを準備し、積算値が正の基準値+ＲＥＦ以上であるか負の基準値−ＲＥＦ以下のとき、直流分流出と判定する。
【００３０】
上記の実施形態では、直流電源として太陽電池を使用したが、これに限ったものではなく、電力系統と連系される直流電源、例えば燃料電池を使用することもできる。
【符号の説明】
【００３１】
２  太陽電池（直流電源）
６  インバータ
１６  制御部
１８  電流検出器
２０  Ａ／Ｄ変換器
【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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【図７】
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