(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に複数台のインバータが並列接続された電源システムにおいて、前記直流電源からの直流出力又は前記複数台のインバータからの交流出力に基づき決定された台数のインバータを運転するインバータの運転方法であって、
前記直流出力又は交流出力をサンプリングして測定すると共に所定時間内における微分係数を求め、
当該微分係数に基づき予測される直流又は交流出力により運転するインバータの台数を決定し、
前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータから選択して運転することを特徴とするインバータの運転方法。
【請求項２】
前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータからランダムに選択して運転することを特徴とする請求項１記載のインバータの運転方法。
【請求項３】
前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータのうち運転時間の少ないものから順に選択して運転することを特徴とする請求項１記載のインバータの運転方法。
【請求項４】
前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータのうち出力電力量の少ないものから順に選択して運転することを特徴とする請求項１記載のインバータの運転方法。
【請求項５】
直流電源と、該直流電源に並列接続された複数台のインバータと、前記直流電源からの直流出力又は前記複数台のインバータからの交流出力に基づき運転するインバータの台数を決定する演算部と、前記複数台のインバータから前記決定された台数のインバータを選択する選択部と、を供え、前記決定された台数のインバータが運転される電源システムであって、
前記演算部は所定のサンプリング周波数でサンプリングされた前記直流出力又は交流出力から所定時間内における微分係数を求め、
当該微分係数に基づき予測される直流又は交流出力により運転するインバータの台数を決定することを特徴とする電源システム。
【請求項６】
前記選択部は、前記複数台のインバータからランダムに前記決定された台数のインバータを選択することを特徴とする請求項５記載の電源システム。
【請求項７】
前記選択部は、前記複数台のインバータのうち運転時間の少ないものから順に前記決定された台数のインバータを選択することを特徴とする請求項５記載の電源システム。
【請求項８】
前記選択部は、前記複数台のインバータのうち出力電力量の少ないものから順に前記決定された台数のインバータを選択することを特徴とする請求項５記載の電源システム。
【請求項９】
前記複数台のインバータ夫々の故障を判別する故障判別手段を備え、前記決定された台数のインバータは、前記複数台のインバータから前記故障判別手段の信号に基づき選択されることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１０】
前記故障判別手段からの出力を報知する報知部を備えたことを特徴とする請求項９記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電源からの直流出力をインバータで交流出力に変換して負荷に供給する電源システムに係り、インバータを高効率で運転するための技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、太陽電池を用いた太陽光発電システムはクリーンな電源システムであることから普及が進んでいる。
【０００３】
図５は、従来用いられている家庭用の太陽光発電システムのシステム概要図であり、家屋の屋根上に複数の直流電源１０１が設置され、これら複数の直流電源１０１からの直流出力は集積されて接続箱１０２に導入される。そして、この接続箱１０２からの直流出力はインバータ１０３により交流出力に変換され、分電盤１０４を介して家庭内負荷１０５に供給される。また、家庭内負荷１０５には商用の電力系統１０６からも電力が供給されるように構成されており、夜間など直流電源１０１から供給される電力が不足した場合には、商用の電力系統１０６から電力が供給される。
【０００４】
然し乍ら、一般にインバータは低出力時にその効率が極端に低下する、という課題がある。斯かる課題を解決するために、複数台のインバータを並列運転すると共に、インバータの全出力電流から運転するインバータの台数を決定する方法が検討されている（例えば、特開平６−１６５５１３号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、斯かる従来の方法では単に出力電流に応じてインバータの運転台数を決定しているに過ぎず、運転するインバータの選択に関しては何ら考慮されていない。このため、低出力時には特定のインバータのみが運転され、他のインバータは出力が増大したときにのみ運転されることとなるため、上記特定のインバータの運転時間が他のインバータに比して長時間に及ぶ。このため、斯様に運転時間が長時間に至る特定のインバータの寿命が他のインバータに比して早くつきることとなる、という課題があった。
【０００６】
さらには、複数のインバータのうち上記特定のインバータが故障すると、システム全体が動作しなくなる、という課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決するために、本発明に係るインバータの運転方法は、直流電源に複数台のインバータが並列接続された電源システムにおいて、前記直流電源からの直流出力又は前記複数台のインバータからの交流出力に基づき決定された台数のインバータを運転するインバータの運転方法であって、前記直流出力又は交流出力をサンプリングして測定すると共に所定時間内における微分係数を求め、当該微分係数に基づき予測される直流又は交流出力により運転するインバータの台数を決定し、前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータから選択して運転することを特徴とする。
また、前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータからランダムに選択して運転することを特徴とする。
【０００８】
または、前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータのうち運転時間の少ないものから順に選択して運転することを特徴とする。
【０００９】
或いは、前記決定された台数のインバータを、前記複数台のインバータのうち出力電力量の少ないものから順に選択して運転することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明電源システムは、直流電源と、該直流電源に並列接続された複数台のインバータと、前記直流電源からの直流出力又は前記複数台のインバータからの交流出力に基づき運転するインバータの台数を決定する演算部と、前記複数台のインバータから前記決定された台数のインバータを選択する選択部と、を供え、前記決定された台数のインバータが運転される電源システムであって、前記演算部は所定のサンプリング周波数でサンプリングされた前記直流出力又は交流出力から所定時間内における微分係数を求め、当該微分係数に基づき予測される直流又は交流出力により運転するインバータの台数を決定することを特徴とする。
また、前記選択部は、前記複数台のインバータからランダムに前記決定された台数のインバータを選択することを特徴とする。
【００１１】
または、前記選択部は、前記複数台のインバータのうち運転時間の少ないものから順に前記決定された台数のインバータを選択することを特徴とする。
【００１２】
或いは、前記選択部は、前記複数台のインバータのうち出力電力量の少ないものから順に前記決定された台数のインバータを選択することを特徴とする。
【００１３】
加えて、前記複数台のインバータ夫々の故障を判別する故障判別手段を備え、前記決定された台数のインバータは、前記複数台のインバータから前記故障判別手段の信号に基づき選択されることを特徴とし、さらには前記故障判別手段からの出力を報知する報知部を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施形態に係る電源装置について、図１に示したブロック図を参照して説明する。尚、ここでは２ｋＷの電源システムについて説明する。
【００１５】
同図において、電源装置１０は、複数の太陽電池モジュールからなる直流電源１と、該直流電源１に並列接続された各々定格出力５００Ｗ対応の４台のインバータＩ１〜Ｉ４と、各インバータを制御するための制御部２とから構成されている。また、各インバータＩ１〜Ｉ４の各々に対応して切換スイッチＳ１〜Ｓ４が設けられ、制御部２により選択されたインバータに対応する切換スイッチのみがＯＮにされ、インバータが運転される。そして、インバータから出力される交流出力が負荷３に供給される。尚、図示しないが商用の電力系統と系統連系させるようにしても良い。また、４は直流電源１からの直流出力を測定するための測定手段であり、該測定手段４の信号は制御部２に送られる。
【００１６】
制御部２は測定手段４からの信号に基づき運転するインバータの台数を決定するための演算部５と、演算部５で決定された台数のインバータを上記４台のインバータＩ１〜Ｉ４から選択するための選択部６を備えている。この選択部６は内部に乱数発生部７を有しており、決定された台数のインバータを乱数発生部７からの出力に基づき複数台のインバータのうちからランダムに選択する。そして、制御部２は選択部６により選択されたインバータに対応する切換スイッチに制御信号を送り、この切換スイッチをＯＮにして対応するインバータを運転する。
【００１７】
次に、上記制御部２におけるインバータの制御方法について図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００１８】
まず、直流電源１から出力される直流電力を、例えば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃのサンプリング周波数でサンプリングする（＃１）。
【００１９】
次に、過去数分間の直流電力の微分係数を求め、この微分係数が増加方向にあるかどうかを判別する（＃２）。ここで、微分係数を使用することで、雲による一瞬のかげりや突風等瞬間的な天候の変化に伴う瞬間的な出力電力の変化の影響を抑制できる。
【００２０】
次いで、上記微分係数が増加方向にある場合（＃２でＹＥＳの場合）、運転するインバータを増加させる必要があるかどうかを判別する（＃３）。この判別は、具体的には上記微分係数から次のサンプリング時における直流電力を予測し、この予測値が現在運転しているインバータで対応可能な直流電力を越えた場合に、増加させる必要があると判別される。
【００２１】
例えば、現在の出力電力が９５０Ｗで運転しているインバータの台数が２台の場合、上記の微分係数から予測される次回のサンプリング時の出力電力が１０５０Ｗと予測される場合には、５００Ｗ対応のインバータ２台では対応できないので１台増加させる必要ありと判別される。また、次回のサンプリング時の出力電力が９８０Ｗと予測される場合には、２台のインバータで対応可能であるので増加させる必要なしと判別される。
【００２２】
次に、運転させるインバータを増加させる必要がある場合（＃３でＹＥＳの場合）、現在運転していないインバータのリストから、新たに運転するインバータを乱数により選択する（＃４）。
【００２３】
以上でルーチンが終了し、また最初のステップ（＃１）から同じルーチンが繰り返される。尚、運転させるインバータを増加させる必要がない場合（＃３でＮＯの場合）にも＃１のステップに戻り、ルーチンが繰り返される。
【００２４】
また、過去数分間における直流電力の微分係数が増加方向にない場合（＃２でＮＯの場合）、運転するインバータを減少させる必要があるかどうかを判別する（＃５）。この判別についても前述した＃３のステップと同様に、上記微分係数から次のサンプリング時における直流電力を予測し、この予測値が現在よりも少ない台数のインバータで運転可能である場合に、減少させる必要があると判別される。
【００２５】
例えば、現在の出力電力が１０５０Ｗで運転しているインバータの台数が３台の場合、上記の微分係数から予測される次回のサンプリング時の出力電力が９８０Ｗと予測される場合には、５００Ｗ対応のインバータ２台でも対応可能であるので１台減少させる必要ありと判別される。また、次回のサンプリング時の出力電力が１０２０Ｗと予測される場合には３台のインバータが必要であるので減少させる必要なしと判別される。
【００２６】
そして、運転するインバータを減少させる必要がある場合（＃５でＹＥＳの場合）には、現在運転しているインバータのリストから、停止させるべきインバータを乱数により選択する（＃６）。
【００２７】
以上でルーチンが終了し、また最初のステップ（＃１）から同じルーチンが繰り返される。尚、運転させるインバータを減少させる必要がない場合（＃５でＮＯの場合）にも＃１のステップに戻り、ルーチンが繰り返される。
【００２８】
以上説明した如く、本実施形態においては複数台のインバータのうち増加或いは停止するインバータを乱数に基づきランダムに選択することにより、演算部５で決定された台数のインバータを複数台のインバータからランダムに選択している。従って、特定のインバータの運転時間が長時間に及ぶことを防止できるので、電源システムの寿命を延ばすことが可能となる。
【００２９】
尚、以上の説明に於いては直流電源１からの直流出力を測定し、これに基づき運転するインバータの台数を決定するようにしたが、上記直流出力の代わりにインバータＩ１〜Ｉ４からの交流出力を測定し、これに基づき運転するインバータの台数を決定するようにしても良い。
【００３０】
また、複数台のインバータのうち１台或いは数台のインバータが故障した場合に、これを予めシステムから解列することが好ましい。このためには、前記複数のインバータ夫々の故障を判別する故障判別手段を設け、この故障判別手段からの信号に基づき、故障しているインバータを除いて他のインバータからランダムに、決定された台数のインバータを選択することが望ましい。
【００３１】
さらには、上記故障判別手段からの故障信号を、音或いは表示部への表示等の手段により報知する手段を設けると、さらに好ましい。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態に係る電源装置について、図３に示したブロック図を参照して説明する。尚、同図において図１と同様の機能を呈する部分には同一の符号を付している。
【００３２】
本実施形態の電源装置が第１実施形態と異なる点は、制御部２が複数台のインバータＩ１〜Ｉ４夫々の運転時間を記憶する記憶部８を備えており、選択部６ではこの記憶部８に記憶された情報に基づき、演算部５で決定された台数のインバータを運転時間の短いインバータから順に選択する点である。
【００３３】
次に、上記本実施形態におけるインバータの制御方法について図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
まず、直流電源１から出力される直流電力を、例えば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃのサンプリング周波数でサンプリングする（＃１１）。
【００３５】
次に、過去数分間の直流電力の微分係数を求め、この微分係数が増加方向にあるかどうかを判別する（＃１２）。斯様に微分係数を使用することで、雲による一瞬のかげりや突風等瞬間的な天候の変化に伴う瞬間的な出力電力の変化の影響を抑制できる。
【００３６】
次いで、上記微分係数が増加方向にある場合（＃１２でＹＥＳの場合）、運転するインバータを増加させる必要があるかどうかを判別する（＃１３）。この判別は、前述の第１実施形態と同様上記微分係数から次のサンプリング時における直流電力を予測し、この予測値が現在運転しているインバータで対応可能な直流電力を越えた場合に、増加させる必要があると判別される。
【００３７】
次に、運転させるインバータを増加させる必要がある場合（＃１３でＹＥＳの場合）、現在運転していないインバータの中から運転時間の短い順に、新たに運転するインバータを選択する（＃１４）。
【００３８】
以上でルーチンが終了し、また最初のステップ（＃１１）から同じルーチンが繰り返される。尚、運転させるインバータを増加させる必要がない場合（＃１３でＮＯの場合）にも＃１１のステップに戻り、ルーチンが繰り返される。
【００３９】
また、過去数分間における直流電力の平均値の微分係数が増加方向にない場合（＃１２でＮＯの場合）、運転するインバータを減少させる必要があるかどうかを判別する（＃１５）。この判別についても第１実施形態と同様に、上記微分係数から次のサンプリング時における直流電力を予測し、この予測値が現在よりも少ない台数のインバータで運転可能である場合に、減少させる必要があると判別される。
【００４０】
そして、運転するインバータを減少させる必要がある場合（＃１５でＹＥＳの場合）には、現在運転しているインバータのリストから、運転時間の長いものから順に停止させるべきインバータを選択する（＃１６）。
【００４１】
以上でルーチンが終了し、また最初のステップ（＃1１）から同じルーチンが繰り返される。尚、運転させるインバータを減少させる必要がない場合（＃1５でＮＯの場合）にも＃1１のステップに戻り、ルーチンが繰り返される。
【００４２】
以上説明した如く、本実施形態においては、複数台のインバータのうち運転するインバータを運転時間の短いものから順に選択し、停止するインバータを運転時間の長いものから順に選択している。斯かる如く選択することにより、演算部５にて決定された台数のインバータは、複数台のインバータのうち運転時間の短いものから順に選択されることとなる。従って、各インバータの運転時間を略同程度とすることができるため、電源システムの寿命を延ばすことが可能となる。
【００４３】
尚、以上の説明に於いては直流電源１からの直流出力を測定し、これに基づき運転するインバータの台数を決定するようにしたが、上記直流出力の代わりにインバータＩ１〜Ｉ４からの交流出力を測定し、これに基づき運転するインバータの台数を決定するようにしても良い。
【００４４】
また、本実施形態に於いては記憶部８に記憶された各インバータの運転時間の情報を基にして決定された台数のインバータを選択するようにしたが、運転時間の代わりに各インバータの出力電力量を記憶部８に記憶し、そして出力電力量の少ないものから順に決定された台数のインバータを選択するようにしても良い。このようにしても、同様の効果を奏することができる。
【００４５】
さらに、複数のインバータのうち１台或いは数台のインバータが故障した場合に、これを予めシステムから解列することが好ましい。このためには、前記複数のインバータ夫々の故障を判別する故障判別手段を設け、この故障判別手段からの信号に基づき、故障しているインバータを除いて他のインバータからランダムに運転するインバータを選択することが望ましい。
【００４６】
加えて、上記故障判別手段からの故障信号を、音或いは表示部への表示等の手段により報知する手段を設けると、さらに好ましい。
【００４７】
尚、上述した第１及び第２の実施形態に於いては太陽電池を用いた電源システムについて説明したが、これに限らず燃料電池等、風力発電等他の直流電源を用いた電源システムについても本発明を適用することができる。
【００４８】
また、システム構成としても上述した２ｋＷのシステムに限らず、１ｋＷ，３ｋＷ等他の出力のシステムについても適用できることは言うまでもない。
【００４９】
さらには、本発明は単相、三相に限らず如何なる形態の直交変換器に対しても適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係るインバータの運転方法によれば、複数のインバータのうち特定のインバータに偏ることなく全てのインバータを略同程度の頻度で運転できるので、特定のインバータの寿命が早期につきることを抑制でき、従ってシステム全体の寿命を長くすることができる。
【００５１】
また、本発明に係る電源システムによれば、複数のインバータの夫々を略同程度の頻度で運転可能なので、寿命の長い電源システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電源システムのブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るインバータの制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電源システムのブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係るインバータの制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】従来の太陽光発電システムのシステム構成図である。
【符号の説明】
１太陽電池モジュール、２…制御部、３…負荷、４…測定手段、５…演算部、６…選択部、７…乱数発生部、８…記憶部、Ｉ１〜Ｉ４…インバータ
Ｓ１〜Ｓ４…切換スイッチ
【図１】
0003545203.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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