(57)【要約】【課題】連系開始時に大電流が流れる可能性の低減を図る。【解決手段】本発明に係る系統連系インバータ装置１０は、電力変換器１２と、電力変換器１２と交流電力系統２とを接続または遮断する連系開閉器１３と、電力変換器１２に入力される直流電圧ＶＤＣと直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差に基づき電流指令Ｉｄ＊を生成する出力制御部１７と、電流指令Ｉｄ＊と、電力変換器１２の出力電圧ＶＯＵＴおよび位相θＯＵＴと、交流電力系統２の系統電圧ＶＧおよび位相θＧとに基づき、電圧指令ＶＯＵＴ＊および連系開閉器指令を生成する系統連系インバータ制御部１８とを備え、出力制御部１７は、連系開始時には、直流電圧ＶＤＣを初期値とし、直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２を生成し、直流電圧ＶＤＣとソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２との偏差が零となるように電流指令を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に供給する系統連系インバータ装置であって、
前記直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、
前記電力変換器と前記交流電力系統とを接続または遮断する連系開閉器と、
前記電力変換器に入力される直流電圧と、前記直流電圧を指示する直流電圧指令値との偏差に基づき、前記電力変換器の電流指令を生成する出力制御部と、
前記出力制御部により生成された電流指令と、前記電力変換器の出力電圧および位相と、前記交流電力系統の系統電圧および位相とに基づき、前記電力変換器の電圧指令および前記連系開閉器の開閉を指示する連系開閉器指令を生成する系統連系インバータ制御部と、を備え、
前記出力制御部は、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系開始時には、前記直流電圧を初期値とし、前記直流電圧指令値まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値を生成し、前記直流電圧と前記ソフトスタート直流電圧指令値との偏差が零となるように前記電流指令を生成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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に供給する系統連系インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、太陽電池などの直流電源により得られた直流電力を交流電力に変換して、交流電力系統に供給する系統連系インバータ装置が開示されている。このような系統連系インバータ装置の構成例を図５に示す。
【０００３】
図５に示す系統連系インバータ装置１０Ａは、コンデンサ１１と、電力変換器１２と、連系開閉器１３と、直流電圧検出部１４と、出力電圧検出部１５と、系統電圧検出部１６と、出力制御部１７Ａと、系統連系インバータ制御部１８Ａとを備える。
【０００４】
コンデンサ１１は、直流電源１に接続され、直流電源１から得られた電力を蓄積する。
【０００５】
電力変換器１２は、系統連系インバータ制御部１８Ａから出力される電圧指令ＶＯＵＴ＊に従い、コンデンサ１１に蓄えられた直流電力を三相の交流電力に変換する。電力変換器１２は、例えば、複数の半導体スイッチング素子を有し、その複数の半導体スイッチング素子のスイッチングを制御することで、直流電力を交流電力に変換する。
【０００６】
連系開閉器１３は、電力変換器１２と交流電力系統２との間に設けられた開閉器であり、系統連系インバータ制御部１８Ａから出力される連系開閉器指令に従い開閉する。連系開閉器１３が閉状態である場合には、電力変換器１２と交流電力系統２とが接続され、電力変換器１２から出力された交流電力が交流電力系統に供給（送電）される。連系開閉器１３が開状態である場合には、電力変換器１２と交流電力系統２とが遮断され、電力変換器１２から交流電力系統２への送電は行われない。
【０００７】
直流電圧検出部１４は、コンデンサ１１の両端の電圧であり、電力変換器１２に入力される直流電圧ＶＤＣを検出し、出力制御部１７Ａに出力する。
【０００８】
出力電圧検出部１５は、電力変換器１２が出力する三相交流電圧（出力電圧ＶＯＵＴ）およびその位相θＯＵＴを検出し、系統連系インバータ制御部１８Ａに出力する。
【０００９】
系統電圧検出部１６は、交流電力系統２の系統電圧ＶＧおよびその位相θＧを検出し、系統連系インバータ制御部１８Ａに出力する。
【００１０】
出力制御部１７Ａは、直流電圧検出部１４により検出された直流電圧ＶＤＣと、直流電圧ＶＤＣを指示する直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差に基づき、電力変換器１２の出力電流を指示する電流指令Ｉｄ＊を生成し、系統連系インバータ制御部１８Ａに出力する。
【００１１】
系統連系インバータ制御部１８Ａは、出力制御部１７Ａにより生成された電流指令Ｉｄ＊と、出力電圧検出部１５により検出された出力電圧ＶＯＵＴおよび位相θＯＵＴと、系統電圧検出部１６により検出された系統電圧ＶＧおよび位相θＧとに基づき、電力変換器１２の出力電圧ＶＯＵＴを指示する電圧指令ＶＯＵＴ＊および連系開閉器１３の開閉を指示する連系開閉器指令を生成する。系統連系インバータ制御部１８Ａは、生成した電圧指令ＶＯＵＴ＊を電力変換器１２に出力し、生成した連系開閉器指令を連系開閉器１３に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平７−２５５１３２号公報
【特許文献２】特開平１０−２１０６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、図５に示す系統連系インバータ装置１０Ａにおいては、直流電圧ＶＤＣと直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差に基づき電流指令Ｉｄ＊が生成される。そのため、電力変換器１２を交流電力系統２に接続する連系開始時に、直流電圧ＶＤＣと直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差が大きいと、電力変換器１２の出力電流が急変することがある。具体的には、電力変換器１２から交流電力系統２に向かう方向に、あるいは、交流電力系統２から電力変換器１２に向かう方向に大電流が流れることがある。このような大電流が流れると、直流電源１あるいは交流電力系統２に故障などの不具合が生じることがある。
【００１４】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、連系開始時に大電流が流れる可能性の低減を図ることができる系統連系インバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明に係る系統連系インバータ装置は、直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に供給する系統連系インバータ装置であって、前記直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器と前記交流電力系統とを接続または遮断する連系開閉器と、前記電力変換器に入力される直流電圧と、前記直流電圧を指示する直流電圧指令値との偏差に基づき、前記電力変換器の電流指令を生成する出力制御部と、前記出力制御部により生成された電流指令と、前記電力変換器の出力電圧および位相と、前記交流電力系統の系統電圧および位相とに基づき、前記電力変換器の電圧指令および前記連系開閉器の開閉を指示する連系開閉器指令を生成する系統連系インバータ制御部と、を備え、前記出力制御部は、前記電力変換器と前記交流電力系統との連系開始時には、前記直流電圧を初期値とし、前記直流電圧指令値まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値を生成し、前記直流電圧と前記ソフトスタート直流電圧指令値との偏差が零となるように前記電流指令を生成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る系統連系インバータ装置によれば、交流電力系統との連系開始時に大電流が流れる可能性の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る系統連系インバータ装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す出力制御部の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す系統連系インバータ装置における連系開始時の直流電圧ＶＤＣおよび出力電流ＩＯＵＴの波形例を示す図である。
【図４】従来の系統連系インバータ装置における連系開始時の直流電圧ＶＤＣおよび出力電流ＩＯＵＴの波形例を示す図である。
【図５】従来の系統連系インバータ装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る系統連系インバータ装置１０の構成例を示す図である。本実施形態に係る系統連系インバータ装置１０は、直流電源１から得られた直流電力を交流電力（三相交流電力）に変換し、交流電力系統２に供給するものである。なお、図１において、図５と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００２０】
図１に示す系統連系インバータ装置１０は、図５に示す系統連系インバータ装置１０Ａと比較して、出力制御部１７Ａを出力制御部１７に変更した点と、系統連系インバータ制御部１８Ａを系統連系インバータ制御部１８に変更した点とが異なる。
【００２１】
系統連系インバータ制御部１８は、系統連系インバータ制御部１８Ａと同様に、出力制御部１７により生成された電流指令Ｉｄ＊と、出力電圧検出部１５により検出された出力電圧ＶＯＵＴおよび位相θＯＵＴと、系統電圧検出部１６により検出された系統電圧ＶＧおよび位相θＧとに基づき、電圧指令ＶＯＵＴ＊および連系開閉器指令を生成する。そして、系統連系インバータ制御部１８は、生成した電圧指令ＶＯＵＴ＊を電力変換器１２に出力する。また、系統連系インバータ制御部１８は、生成した連系開閉器指令を連系開閉器１３および出力制御部１７に出力する。
【００２２】
出力制御部１７は、直流電圧検出部１４により検出された直流電圧ＶＤＣと、直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差に基づき、電流指令Ｉｄ＊を生成し、系統連系インバータ制御部１８に出力する。
【００２３】
ここで、出力制御部１７は、電力変換器１２と交流電力系統２との連系開始時には、外部から入力されたソフトスタート指令値ΔＶＤＣ＊に基づき、直流電圧検出部１４により検出された直流電圧ＶＤＣを初期値として、直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値を生成する。そして、出力制御部１７は、直流電圧ＶＤＣと、生成したソフトスタート直流電圧指令値との偏差が零となるように、電流指令Ｉｄ＊を生成する。出力制御部１７は、ソフトスタート直流電圧指令値が直流電圧指令値ＶＤＣ＊に達すると、直流電圧ＶＤＣと直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差が零となるように、電流指令Ｉｄ＊を生成する。なお、出力制御部１７は、系統連系インバータ制御部１８から出力された連系開閉器指令に基づき、電力変換器１２と交流電力系統２との連系開始を検知することができる。
【００２４】
図２は、出力制御部１７の構成例を示す図である。
【００２５】
図２に示す出力制御部１７は、ソフトスタート演算部１７１と、減算器１７２と、ゲイン部１７３とを備える。
【００２６】
ソフトスタート演算部１７１は、直流電圧検出部１４により検出された直流電圧ＶＤＣを初期値とし、ソフトスタート指令値ΔＶＤＣ＊ずつ直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２を生成する。すなわち、ソフトスタート演算部１７１は、直流電圧ＶＤＣを初期値として、ソフトスタート指令値ΔＶＤＣ＊の傾きで直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで変化するソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２を生成する。そして、ソフトスタート演算部１７１は、生成したソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２を減算器１７２に出力する。
【００２７】
減算器１７２は、ソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２と直流電圧ＶＤＣとの偏差をゲイン部１７３に出力する。
【００２８】
ゲイン部１７３は、減算器１７２から出力されたソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２と直流電圧ＶＤＣとの偏差に比例ゲインを乗じた値や、偏差を積分した値などに基づき、電流指令Ｉｄ＊を生成し、系統連系インバータ制御部１８に出力する。
【００２９】
このように本実施形態においては、出力制御部１７は、電力変換器１２と交流電力系統２との連系開始時には、直流電圧ＶＤＣを初期値として、ソフトスタート指令値ΔＶＤＣ＊の傾きで直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで変化するソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２を生成する。そして、出力制御部１７は、直流電圧ＶＤＣとソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２との偏差が零となるように、電流指令Ｉｄ＊を生成する。
【００３０】
したがって、直流電圧ＶＤＣと直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差が大きい場合にも、直流電圧ＶＤＣと、直流電圧ＶＤＣを初期値として直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２との偏差に基づき、電流指令Ｉｄ＊が生成されるので、連系開始時に大電流が流れる可能性の低減を図ることができる。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る系統連系インバータ装置１０における連系開始時の直流電圧ＶＤＣおよび出力電流ＩＯＵＴの波形例を示す図である。また、図４は、図５に示すような、直流電圧ＶＤＣと直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差のみに基づいて電流指令Ｉｄ＊を生成する従来の系統連系インバータ装置１０Ａにおける連系開始時の直流電圧ＶＤＣおよび出力電流ＩＯＵＴの波形例を示す図である。
【００３２】
従来の系統連系インバータ装置１０Ａにおいては、図４に示すように、連系開始後（時刻ｔ０後）、出力電流ＩＯＵＴが瞬間的に急激に増加している。一方、本実施形態に係る系統連系インバータ装置１０においては、図３に示すように、連系開始後（時刻ｔ０後）、出力電流ＩＯＵＴは、瞬間的に若干増加しているものの、その増加量は図４に示す従来の系統連系インバータ装置１０Ａと比べて十分に小さく、大電流の発生が抑制されていることが分かる。
【００３３】
このように本実施形態においては、系統連系インバータ装置１０は、直流電力を交流電力に変換する電力変換器１２と、電力変換器１２と交流電力系統２とを接続または遮断する連系開閉器１３と、電力変換器１２に入力される直流電圧ＶＤＣと、直流電圧ＶＤＣを指示する直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差に基づき、電流指令Ｉｄ＊を生成する出力制御部１７と、電流指令Ｉｄ＊と、電力変換器１２の出力電圧ＶＯＵＴおよび位相θＯＵＴと、交流電力系統２の系統電圧ＶＧおよび位相θＧとに基づき、電圧指令ＶＯＵＴ＊および連系開閉器指令を生成する系統連系インバータ制御部１８とを備える。そして、出力制御部１７は、電力変換器１２と交流電力系統２との連系開始時には、直流電圧ＶＤＣを初期値とし、直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２を生成し、直流電圧ＶＤＣと前記ソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２との偏差が零となるように電流指令Ｉｄ＊を生成する。
【００３４】
そのため、直流電圧ＶＤＣと直流電圧指令値ＶＤＣ＊との偏差が大きい場合にも、直流電圧ＶＤＣと、直流電圧ＶＤＣを初期値として直流電圧指令値ＶＤＣ＊まで徐々に変化するソフトスタート直流電圧指令値ＶＤＣ＊２との偏差に基づき、電流指令Ｉｄ＊が生成されるので、連系開始時に大電流が流れる可能性の低減を図ることができる。
【００３５】
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１    直流電源
２    交流電力系統
１０    系統連系インバータ装置
１１    コンデンサ
１２    電力変換器
１３    連系開閉器
１４    直流電圧検出部
１５    出力電圧検出部
１６    系統電圧検出部
１７    出力制御部
１８    系統連系インバータ制御部
１７１  ソフトスタート演算部
１７２    減算器
１７３    ゲイン部
【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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