(57)【要約】【課題】パワーコンディショナと配電系統との間に設ける変圧器装置を効率よく運転することができる太陽光発電装置用系統連系装置を提供する。【解決手段】太陽光発電部１が出力する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ２と配電系統３との間に設ける変圧器装置４を、高負荷率で効率が最大になる第１の変圧器４Ａと、低負荷率で効率が最大になる第２の変圧器４Ｂとにより構成し、太陽光発電装置の出力に応じて第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂにそれぞれ入力する電力の配分を変えることにより、年間を通して変圧器装置４を効率良く運転できるようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電部が出力する直流電力を商用周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力電圧を昇圧して配電系統に供給する変圧器装置とを備えた太陽光発電設備用系統連系装置であって、
前記変圧器装置は、前記ＤＣ/ＡＣ変換部の出力電圧を変圧して配電系統に供給する変圧器として、並列運転される第１の変圧器と第２の変圧器とを備えていて、前記第１の変圧器の定格容量と第２の変圧器の定格容量との和が前記太陽光発電部の最大出力以上に設定され、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定出力以上であるときに前記第１の変圧器及び第２の変圧器の効率を設定効率以上に保つように、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に対して前記第１及び第２の変圧器への入力の配分を制御する入力配分制御部が設けられていること、
を特徴とする太陽光発電設備用系統連系装置。
【請求項２】
前記入力配分制御部は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部から前記第１の変圧器に入力する電力及び前記ＤＣ／ＡＣ変換部から前記第２の変圧器に入力する電力の内のいずれか一方を調整する入力調整部と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が前記設定出力を超えているときに、前記第１及び第２の変圧器への入力の配分を、両変圧器の効率を前記設定効率以上に保つことができる配分とするように前記入力調整部を制御する入力制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電設備用系統連系装置。
【請求項３】
前記入力配分制御部は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部から前記第１の変圧器に入力される電力を調整する第１の入力調整部と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部から前記第２の変圧器に入力される電力を調整する第２の入力調整部と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が前記設定出力を超えているときに、前記第１及び第２の変圧器への入力の配分を、両変圧器の効率を前記設定効率以上に保つことができる配分とするように前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に応じて前記第１の入力調整部及び第２の入力調整部を制御する入力制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電設備用系統連系装置。
【請求項４】
前記入力制御部は、前記第１及び第２の変圧器への入力の配分を、前記第１及び第２の変圧器の効率を前記設定効率以上に保ち、かつ前記第１及び第２の変圧器のうち、効率がより高い方の変圧器により多くの電力を入力する配分とするように、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に応じて前記第１の入力調整部及び第２の入力調整部を制御することを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電設備用系統連系装置。
【請求項５】
前記変圧器装置と配電系統の間には、太陽光発電設備を配電系統と連系させるために必要な保護動作を行う連系保護装置が設けられ、
前記連系保護装置は、前記第１の変圧器及び第２の変圧器と配電系統との間の回路をオンオフする開閉器を備えていて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部が負荷を駆動し得る出力を発生していないときに前記開閉器を開き、前記ＤＣ／ＡＣ変換部が負荷を駆動し得る出力を発生しているときに前記開閉器を閉じるように構成されていること、
を特徴とする請求項１ないし４の何れか一つに記載の太陽光発電設備用連系装置。
【請求項６】
前記変圧器装置と配電系統の間には、太陽光発電設備を配電系統と連系させるために必要な保護動作を行う連系保護装置が設けられ、
前記連系保護装置は、前記第１の変圧器と配電系統との間の回路をオンオフする第１の開閉器と、前記第２の変圧器と配電系統との間の回路をオンオフする第２の開閉器とを備えていて、前記入力配分制御部が前記第１の変圧器への入力を零にしている間前記第１の開閉器をオフ状態にし、前記入力配分制御部が前記第２の変圧器への入力を零にしている間前記第２の開閉器をオフ状態にするように構成されていること、
を特徴とする請求項１ないし４の何れか一つに記載の太陽光発電設備用系統連系装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電設備を配電系統に連系させる太陽光発電設備用系統連系装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電設備は、特許文献１に示されているように、太陽光の照射を受けて発電する太陽光発電部とパワーコンディショナとを主要部として構成される。パワーコンディショナは、インバータからなるＤＣ／ＡＣ変換部を備えていて、該ＤＣ／ＡＣ変換部により太陽光発電部の直流出力を商用周波数の交流電力に変換する。太陽光発電設備を配電系統と連系させる場合には、パワーコンディショナと配電線との間に変圧器を設けて、パワーコンディショナから出力される交流電圧を変圧器により昇圧して配電線に印加するようにしている。この場合、パワーコンディショナと変圧器とにより系統連系装置が構成される。なお変圧器は、パワーコンディショナに内蔵される場合もあり、パワーコンディショナの外部に設置される場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７３４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光発電設備を系統と連系させて効率よく運転するためには、パワーコンディショナのＤＣ／ＡＣ変換部で生じる損失を少なくするだけでなく、年間を通して、パワーコンディショナの出力電圧を昇圧する変圧器が高効率の状態で運転される時間をできるだけ長くする必要がある。
【０００５】
変圧器の出力をＰo、変圧器内で生じる損失をＰｌとすると、変圧器の効率ηは、η＝Ｐo／（Ｐo＋Ｐｌ）で与えられる。変圧器内で生じる損失Ｐlは、無負荷損（主として鉄損）と負荷損（主として銅損）とからなる。変圧器の効率は、変圧器の負荷率ｍにより変り、負荷率がある値を示したときに最大値を示す。
【０００６】
一般に電力系統においては、平均需要電力と最大需要電力との比を負荷率といっているが、変圧器の負荷率ｍは、変圧器の出力Ｐoと変圧器の定格出力Ｐnとの比（Ｐo／Ｐn）により与えられる。太陽光発電設備においては、日照強度により太陽光発電部の出力が変化し、太陽光発電部の出力により変圧器の出力が変化するため、変圧器の負荷率は日照強度の変化により変化し、日照強度の増減により変圧器の負荷率が増減する。ある日照強度で太陽光発電部が出力を発生しているときに変圧器の負荷率が効率を最大にする値になるように変圧器の特性を選定しておいたとしても、日照強度が低下すれば変圧器の負荷率も低下するため、変圧器の効率は低下してしまう。
【０００７】
特許文献１に記載された発明では、パワーコンディショナと配電系統との間に設ける変圧器としてアモルファス変圧器を用いることにより変圧器で生じる損失の低減を図るようにしているが、アモルファス変圧器を用いても、日照強度の変化により変圧器の負荷率が変化することに変りはなく、日照強度が低下して負荷率が低下すれば変圧器の効率が低下することに変りはない。
【０００８】
太陽光発電設備用系統連系装置に設ける変圧器を効率よく運転するためには、年間を通して、その負荷率ｍが、効率ηを最大にする値付近の値を示す状態で運転される時間をできるだけ長くする必要がある。そのためには、例えば、発電設備の設置箇所で１年以上の十分に長い期間（例えば１年〜数年の期間）に亘って太陽光発電部の出力の経時変化を実測することにより集めたデータに基づいて、実測された頻度が高い出力を太陽光発電部が発生しているとき、又は太陽光発電部が平均的な出力を発生しているときに、変圧器の負荷率がその効率を最大にする負荷率付近の値を示すように、変圧器の特性を選定しておくことが考えられる。
【０００９】
しかしながら、実際には、日照強度が弱い日も年間を通じて多くあり、太陽光発電部の出力が実測された頻度が高い出力に達しない日も多くあるため、上記のように変圧器装置を単一の変圧器により構成した場合には、変圧器の特性をどのように選定しても、変圧器を効率が低い状態で運転せざるを得ない日が相当に多く生じることになるのを避けられない。
【００１０】
またある年の太陽電池の出力の経時変化の実測結果に基づいて変圧器の特性を選定しても、次の年の日照強度の経時変化が同じように推移するとは限らず、太陽電池が同じように発電するとは限らないため、選定した変圧器の特性が最適であるとは必ずしも言えないおそれがある。
【００１１】
本発明の目的は、日照強度がある程度以上強く、太陽電池が相当の出力を発生しているときはもちろん、日照強度が比較的弱く、太陽光発電部が低い出力しか発生することができない状態でも変圧器を効率が高い状態で運転することを可能にすることにより、変圧器装置が低効率の状態で運転される時間を従来よりも短くして、年間を通しての変圧器装置の効率を従来よりも改善することができるようにした太陽光発電設備用系統連系装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、太陽光発電部が出力する直流電力を商用周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、該ＤＣ／ＡＣ変換部の出力電圧を昇圧して配電系統に供給する変圧器装置とを備えた太陽光発電設備用系統連系装置に適用される。
【００１３】
この種の連系装置において、変圧器が低い効率で運転される日を少なくして年間を通しての変圧器装置の効率を可能な限り高めるためには、日照強度が弱く、太陽光発電部が低い出力しか発生することができない状態でも変圧器をできるだけ効率が高い状態で運転することができるようにしておくことが好ましい。そのため、本発明においては、上記変圧器装置が、ＤＣ/ＡＣ変換部の出力電圧を変圧して配電系統に供給する変圧器として、並列運転される第１の変圧器と第２の変圧器とを備えていて、第１の変圧器の定格容量と第２の変圧器の定格容量との和が太陽光発電部の最大出力以上に設定されている。本発明においてはまた、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定出力以上であるときに第１の変圧器及び第２の変圧器の効率を設定効率以上に保つように、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に対して第１及び第２の変圧器への入力の配分を制御する入力配分制御部が設けられている。上記ＤＣ／ＡＣ変換部の設定出力は、第１及び第２の変圧器を、それぞれの効率を設定された効率（設定効率）以上として運転することができるＤＣ／ＡＣ変換部の出力（太陽光発電部の出力）の範囲の下限値を与えるものである。
【００１４】
本発明で用いるＤＣ／ＡＣ変換部は、太陽光発電部が出力する直流電力を単相交流電力に変換するものでもよく、太陽光発電部が出力する直流電力を三相交流電力に変換するものでもよい。当然のことながら、ＤＣ／ＡＣ変換部が単相交流電力を出力する場合、第１及び第２の変圧器は単相変圧器であり、ＤＣ／ＡＣ変換部が三相交流電力を出力する場合、第１及び第２の変圧器は三相変圧器、又は三相結線された変圧器である。第１の変圧器及び第２の変圧器は、両者の定格容量の和が太陽光発電部の最大出力以上であればよく、両変圧器の容量は等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００１５】
上記のように、変圧器装置に第１の変圧器と第２の変圧器とを設けて、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定出力を超えているときに第１及び第２の変圧器の効率を設定効率以上に保つように、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に対して第１及び第２の変圧器への入力の配分を制御するように構成しておくと、第１の変圧器及び第２の変圧器のそれぞれの効率対負荷率特性を適確に設定すると共に、第１の変圧器及び第２の変圧器にそれぞれ与える入力の配分の制御を適確に行うことにより、変圧器装置を設定された範囲の効率で運転することができるＤＣ／ＡＣ変換部の出力（太陽光発電部の出力）の下限値を、１台の変圧器により変圧器装置を構成していた従来の連系装置に比べて大幅に引き下げることができる。従って、日照がかなり弱い状態でも変圧器装置を高効率で運転することができ、変圧器装置が低効率の状態で運転される時間を従来よりも大幅に短くして、年間を通しての変圧器装置の効率を改善することができる。
【００１６】
本発明の一態様では、上記入力配分制御部を、ＤＣ／ＡＣ変換部から第１の変圧器に入力する電力及びＤＣ／ＡＣ変換部から第２の変圧器に入力する電力の内のいずれか一方を調整する入力調整部と、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定出力を超えているときに、第１及び第２の変圧器への入力の配分を、両変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる配分とするように入力調整部を制御する入力制御部とを備えた構成とする。
【００１７】
本発明の更に他の態様では、入力配分制御部を、ＤＣ／ＡＣ変換部から第１の変圧器に入力される電力を調整する第１の入力調整部と、ＤＣ／ＡＣ変換部から第２の変圧器に入力される電力を調整する第２の入力調整部と、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定出力を超えているときに、第１及び第２の変圧器への入力の配分を、両変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる配分とするようにＤＣ／ＡＣ変換部の出力に応じて第１の入力調整部及び第２の入力調整部を制御する入力制御部とを備えた構成とする。
【００１８】
上記のように第１の変圧器及び第２の変圧器のそれぞれに対して入力調整部を設けておくと、第１の変圧器及び第２の変圧器への入力配分を個別に制御することができるため、変圧器装置を高い効率で運転することができる負荷率の範囲を広くして、変圧器装置が低効率の状態で運転される時間をより短くすることができ、年間を通しての変圧器装置の効率の改善をより適確に図ることができる。
【００１９】
本発明の更に他の態様では、上記入力制御部が、第１及び第２の変圧器への入力の配分を、第１及び第２の変圧器の効率を設定効率以上に保ち、かつ第１及び第２の変圧器のうち、効率がより高い方の変圧器により多くの電力を入力する配分とするように、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に応じて第１の入力調整部及び第２の入力調整部を制御する。
【００２０】
上記のように構成すると、第１及び第２の変圧器のうち、効率がより高い方の変圧器により多くの電力を負担させて、変圧器装置で生じる損失の低減を図ることができる。
【００２１】
本発明の好ましい態様では、変圧器装置と配電系統との間に、太陽光発電設備を配電系統と連系させるために必要な保護動作を行う連系保護装置が設けられる。この連系保護装置は、第１の変圧器及び第２の変圧器と配電系統との間の回路をオンオフする開閉器を備えていて、前記保護動作の他に、ＤＣ／ＡＣ変換部が負荷を駆動し得る出力を発生していないときに開閉器を開き、ＤＣ／ＡＣ変換部が負荷を駆動し得る出力を発生しているときに開閉器を閉じる動作を行うように構成されている。
【００２２】
上記開閉器は、事故電流を遮断する機能を有する遮断器でもよく、負荷開閉器のように、負荷電流を開閉する機能を有する開閉器でもよい。また遮断器とは別個に設けられて、該遮断器に対して直列に接続された開閉器であってもよい。
【００２３】
上記のように構成しておくと、太陽光発電部が発電を停止しているときに配電系統から変圧器の二次側に電圧が印加されて変圧器で無用な励磁損失が生じるのを防ぐことができるため、変圧器で生じる損失のいっそうの低減を図ることができる。
【００２４】
本発明の他の態様では、連系保護装置が、第１の変圧器と配電系統との間の回路をオンオフする第１の開閉器と、第２の変圧器と配電系統との間の回路をオンオフする第２の開閉器とを備えている。この場合連系保護装置は、入力配分制御部が第１の変圧器への入力を零にしている間第１の開閉器をオフ状態にし、入力配分制御部が第２の変圧器への入力を零にしている間第２の開閉器をオフ状態にするように構成される。
【００２５】
このように構成しておくと、第１及び第２の変圧器のうちの一方への入力が零にされたときに、入力が零にされた変圧器が、他の変圧器側から、又は配電系統側から励磁されて損失が生じるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、太陽光発電部の直流出力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と配電系統との間に設ける変圧器装置に第１の変圧器と第２の変圧器とを設けるとともに、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定値を超えているときに、第１及び第２の変圧器の効率を設定値以上に保つように、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に対して第１及び第２の変圧器への入力の配分を制御する入力配分制御部を設けたので、変圧器装置全体を設定された範囲の効率で運転することができるＤＣ／ＡＣ変換部の出力の下限値を、１台の変圧器により変圧器装置を構成していた従来の連系装置に比べて大幅に引き下げることができ、変圧器装置が低効率の状態で運転される時間を従来より短くして、年間を通しての変圧器装置の効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の各実施形態で用いることができる入力調整部の構成例を示した回路図である。
【図５】本実施形態で用いる第１及び第２の変圧器の効率対負荷率特性の一例を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係る太陽光発電設備用系統連系装置の一実施形態の構成を概略的に示したもので、同図において１は太陽光発電部、２は太陽光発電部１が出力する直流電力を商用周波数の交流電力に変換するとともに、電圧及び周波数の安定化を図るパワーコンディショナ、３は２．２ｋＶ〜３．３ｋＶの高圧配電線を有する配電系統、４はパワーコンディショナ２の出力電圧（１００Ｖ又は２００Ｖ）を高圧配電線に供給するために昇圧する変圧器装置、５は変圧器装置４と高圧配電線との間に挿入された連系保護装置である。
【００２９】
本実施形態では、変圧器装置４が、パワーコンディショナ２の出力電圧を昇圧して配電系統に供給する変圧器として、並列運転される第１の変圧器４Ａと第２の変圧器４Ｂとを備えていて、第１の変圧器４Ａの定格容量Ｗ1（ｋＶＡ）と第２の変圧器４Ｂの定格容量Ｗ2（ｋＶＡ）との和が太陽光発電部１の最大出力Ｗmax（ｋＶＡ）以上に設定されている。第１の変圧器４Ａの定格容量Ｗ1（ｋＶＡ）と第２の変圧器４Ｂの定格容量Ｗ2（ｋＶＡ）は等しくてもよく、異なっていてもよいが、本実施形態では、Ｗ1＝Ｗ2＝Ｗmax／２であるとする。第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂは並列運転されるものであるので、当然のことながら、これらの変圧器としては、出力電圧の大きさ及び位相が等しい、二次巻線の極性が等しい、両変圧器の％抵抗降下及び％リアクタンス降下がそれぞれほぼ等しい等の並列運転を許容するための条件を満たしているものを用いる。
【００３０】
太陽光発電部１は、ソーラパネル（太陽電池）のアレイからなっていて、日照を受けたときに直流電力を発生する。一般に太陽光発電部の出力は日照強度［ｋＷ／ｍ２］の二次関数であるが、その出力と日照強度との関係を与える曲線はほぼ直線に近く、殆どの場合、太陽光発電部の出力は日照強度にほぼ比例するとみなすことができる。
【００３１】
太陽光発電部１の出力は、逆流阻止ダイオードと直流開閉器（何れも図示せず。）とを通してパワーコンディショナ２に入力される。パワーコンディショナ２は、太陽光発電部１が出力する直流電力を、配電系統を流れている交流電力と同期した商用周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部２Ａと、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第１及び第２の変圧器４Ａ及び４Ｂに与える入力の配分を制御する入力配分制御部２Ｂとを備えている。
【００３２】
ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａは例えば、太陽光発電部１の直流出力電圧を昇圧する昇圧回路（チョッパ回路やＤＣ−ＤＣコンバータ等）と、昇圧回路により昇圧された直流電力を、配電系統を流れる交流電力と同期させて商用周波数の交流電力に変換するインバータとにより構成される。
【００３３】
一般にソーラパネルは、負荷電流の増大に伴って出力電圧が低下する特性を有し、太陽光発電部の出力電力対負荷電流特性は、負荷電流の増大に伴って出力電力が増大してピークに達した後減少に転じる山形の特性を有する。そのため、パワーコンディショナのＤＣ／ＡＣ変換部２Ａにおいては、太陽光発電部から取り出す電流を、該発電部の出力を最大にする値に保つように制御する最大出力追従制御が行われる。パワーコンディショナの出力を直接需要家の負荷にも供給する場合には、ＤＣ／ＡＣ変換部が１００Ｖの単相交流電力又は２００Ｖの三相交流電力を出力するように構成される。
【００３４】
入力配分制御部２Ｂは、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が設定出力以上であるときに第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂの効率を設定効率以上に保つように、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に対して第１及び第２の変圧器への入力の配分を制御する部分である。本実施形態では、この入力配分制御部２Ｂが、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第１の変圧器４Ａに入力する電力を調整する入力調整部２B1と、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力を検出する出力検出部２B2と、出力検出部２B2により検出されたＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定出力を超えているときに、第１及び第２の変圧器への入力の配分を、両変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる配分とするように入力調整部を制御する入力制御部２B3とにより構成されている。
【００３５】
なお本実施形態では、第１の変圧器４Ａに入力する電力を調整するように入力調整部２B1を設けているが、入力調整部２B1は、ＤＣ／ＡＣ変換部から第１の変圧器４Ａに入力する電力及びＤＣ／ＡＣ変換部から第２の変圧器４Ｂに入力する電力の内のいずれか一方を調整するように設ければよく、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第２の変圧器４Ｂへの入力を調整するように設けてもよい。
【００３６】
入力調整部２B1は、変圧器への入力の大きさを調整し得るものであれば如何なるものでもよいが、本実施形態では、図４に示したように、逆並列接続された単方向性の制御整流素子（サイリスタ）Ｑ１及びＱ２からなる交流スイッチ回路により入力調整部２B1が構成されていて、制御整流素子Ｑ１及びＱ２をオン状態にする位相を制御することにより、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第１の変圧器４Ａに与えられる入力を０〜１００％の範囲で調整し得るようになっている。
【００３７】
なお入力調整部２B1を交流スイッチ回路により構成する場合、該スイッチ回路は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のオンオフ制御が自在なスイッチ素子（駆動信号が与えられている間だけオン状態になるスイッチ素子）を逆並列接続して構成した回路からなっていていもよい。これらのスイッチ素子からなるスイッチ回路を入力調整部２B1として用いる場合には、スイッチ回路を構成しているスイッチ素子のゲートにデューティ比が０から１００％まで変化するパルス波形のＰＷＭ信号を駆動信号として与えて、該スイッチ素子をＰＷＭ制御することにより、変圧器への入力を０から１００％の範囲で調整することができる。
【００３８】
連系保護装置５は、太陽光発電設備を配電系統３と連系させるために必要な保護動作を行う装置で、通常は変圧器装置４と配電系統との間の回路を開閉する開閉器を備えていて、変圧器装置４が出力する電圧が過大になったり、変圧器装置４が出力する電圧の周波数が変動したり（商用周波数からずれたり）、系統の事故時に太陽光発電設備が単独運転状態になって事故点に事故電流を供給するおそれが生じたりしたとき等に開閉器を開いて、太陽光発電設備を解列する（電力会社の系統から切り離す）機能を果たす。上記開閉器は、事故電流を遮断する機能を有する遮断器でもよく、負荷開閉器のように、負荷電流を開閉する機能を有する開閉器でもよい。また遮断器とは別個に設けられて、該遮断器に対して直列に接続された開閉器であってもよい。
【００３９】
本実施形態では、出力検出部２B2により検出されたＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が零であるときに上記開閉器を開き、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａが出力を開始したときに上記遮断器を投入するように連系保護装置５が構成されている。このように構成しておくと、太陽光発電部が発電を停止しているときに配電系統から変圧器の二次側に電圧が印加されて変圧器で無用な励磁損失が生じるのを防ぐことができるため、変圧器で生じる損失のよりいっそうの低減を図ることができる。
【００４０】
図５を参照すると、本実施形態で用いる第１の変圧器４Ａと第２の変圧器４Ｂの特性（効率対負荷率特性）の一例が示されている。同図において縦軸は変圧器の効率ηを示し、横軸は変圧器の負荷率ｍ［％］を示している。第１の変圧器４Ａは、図５に曲線ａで示したように、負荷率が大きい範囲で高い効率が得られるように構成され、第２の変圧器４Ｂは、曲線ｂで示したように、負荷率が小さい範囲で高い効率を示すように構成されている。第１の変圧器４Ａは、負荷率ｍがほぼ５５％のときに効率ηが最大（ほぼ９９．４％）になり、第２の変圧器４Ｂは、負荷率ｍがほぼ３０％のときに効率ηが最大（ほぼ９９．３５％）になる。また負荷率ｍがほぼ４５％のときに、第１の変圧器４Ａの効率と第２の変圧器４Ｂの効率とが等しくなって曲線ａとｂとが交差する。何れの変圧器も、負荷率が効率の最大値を与える負荷率（最大効率時負荷率）よりも小さくなる領域で、負荷率の減少に伴って効率が大きく低下する特性を有するが、負荷率が最大効率時負荷率を超える領域においては、負荷率の増大に伴う効率の低下が僅かである。効率対負荷率特性曲線が図５に示されたような形をとる特性は、トップランナー変圧器等、電力用の変圧器が示す典型的な特性の一例である。
【００４１】
ここで、一例として、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの最大出力を１０００ｋＶＡとし、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂのそれぞれの定格容量を５００ｋＶＡとする。また各変圧器（定格容量５００ｋＶＡ）を目標とする範囲の効率で運転するＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力範囲の下限を与える設定値（設定出力）を７５ｋＶＡとし、設定効率を９９．００％とする。即ち、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａが設定出力（７５ｋＶＡ）以上の出力を発生しているときに、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂを共に、効率が設定効率９９．００％を下回らない状態で運転することを目標とするものとする。
【００４２】
このように、第１及び第２の変圧器の定格容量と、ＤＣ／ＡＣ変換部の設定出力と、第1及び第２の変圧器の設定効率（目標とする効率の範囲の下限値）とを設定した場合、効率対負荷率特性が曲線ａで与えられる第１の変圧器４Ａは、負荷率ｍが３５％以上であるとき（ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから１７５ｋＶＡ以上の電力が入力されているとき）に、効率を設定効率（９９．００％）以上に保って運転することができる。また効率対負荷率特性が曲線ｂで与えられる第２の変圧器４Ｂは、負荷率ｍが１５％以上であるとき（ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから７５ｋＶＡ以上の電力が入力されているとき）に、効率を設定効率以上に保って運転することができる。また第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂの負荷率ｍが４５％未満のとき（それぞれの変圧器への入力が２２５ｋＶＡ未満であるとき）には、第１の変圧器４Ａよりも第２の変圧器４Ｂの方を高い効率で運転することができ、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂの負荷率ｍが４５％以上であるとき（それぞれの変圧器への入力が２２５ｋＶＡ以上であるとき）には、第１の変圧器４Ａを第２の変圧器４Ｂよりも高い効率で運転することができる。
【００４３】
この場合、例えば、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が１台の変圧器で負担できる範囲にあるとき（５００ｋＶＡ以下のとき）に、第１の変圧器４Ａへの入力を０として、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力のすべてを第２の変圧器４Ｂに入力し、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が１台の変圧器で負担できる範囲を超えたとき（５００ｋＶＡを超えたとき）に第１の変圧器４Ｂへの入力を１００％として、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力を第１の変圧器４Ａと第２の変圧器４Ｂとに等分に入力することにより、第１及び第２の変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる。
【００４４】
即ち、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が５００ｋＶＡ以下であるときには、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力を第２の変圧器のみに入力して、ＤＣ／ＡＣ変換部が設定出力以上（７５ｋＶＡ以上）の出力を発生しているときに第２の変圧器４Ｂの負荷率を１５％以上として、第２の変圧器を設定効率以上の効率で運転することができ、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が５００ｋＶＡを超える範囲では、第１及び第２の変圧器の双方に等分に入力を与えることにより、第１の変圧器の負荷率及び第２の変圧器の負荷率を５０％以上として、両変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる。従って、変圧器装置全体として見ると、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａが７５ｋＶＡ〜１０００ｋＶＡの出力を発生しているときに、第１の変圧器及び第２の変圧器を、それぞれの効率を設定効率以上に保って運転することができる。ＤＣ／ＡＣ変換部の出力を第１の変圧器と第２の変圧器とに等分に入力する状態では、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂの負荷率が５０％を超えるので、図５に示した曲線ａ及びｂのように第１及び第２の変圧器４Ａ及び４Ｂの特性が設定されている場合には、第１の変圧器４Ａを第２の変圧器４Ｂより高効率の状態で運転して、変圧器装置全体の効率を高めることができる。
【００４５】
従来の系統連系装置では、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力を昇圧する変圧器装置４を１台の変圧器により構成していた。この場合、ＤＣ／ＡＣ変換部の最大出力（今の例では１０００ｋＶＡ）を、図５の曲線ｂのように、負荷率が１５％以上の範囲で効率を設定効率９９．０％以上として運転することができる１台の変圧器に負担させるものとすると、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が１５０ｋＶＡ以下に低下したときに変圧器の負荷率が１５％以下になって、効率を目標とする範囲に保つことができなくなるが、本実施形態のように、変圧器装置を２台の変圧器により構成して、各変圧器に負担させる電力の配分をＤＣ／ＡＣ変換部の出力に応じて切り換えるようにすると、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が７５ｋＶＡ〜１５０ｋＶＡの範囲にあるときにも設定効率以上で変圧器を運転することができる。従って本発明によれば、年間を通して変圧器が低い効率で運転される時間を短くすることができ、系統連系装置の効率を従来よりも改善することができる。
【００４６】
図２は、本発明の他の実施形態を示したものである。本実施形態では、入力配分制御部２Ｂが、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第１の変圧器４Ａに入力される電力を調整する第１の入力調整部２B11と、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第２の変圧器４Ｂに入力される電力を調整する第２の入力調整部２B12と、第１及び第２の変圧器４Ａ及び４Ｂへの入力の配分を、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が設定値を超える範囲での変圧器装置４の効率を設定値以上に保つことができる配分とするように、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力に応じて第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12を制御する入力制御部２B3とを備えている。第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12の構成は、図１に示した実施形態で用いた入力調整部２B1の構成と同様である。
【００４７】
このように第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂのそれぞれに対して入力調整部２B11及び２B12を設けておくと、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂへの入力配分を個別に制御することができるため、変圧器装置４を高い効率で運転することができる負荷率の範囲を広くして、変圧器装置４が低効率の状態で運転される時間をより短くすることができる。
【００４８】
例えば，第１の変圧器４Ａが図５の曲線ａのような効率対負荷率特性を有し、第２の変圧器４Ｂが図５の曲線ｂのような効率対負荷率特性を有している場合、下記の表１のように第１及び第２の変圧器への入力の配分を制御することにより、変圧器装置４を目標とする範囲の効率で運転することができる。
【表１】
2015065719.tif 000003
【００４９】
即ち、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が０ｋＶＡないし２２５ｋＶＡの範囲にあるときには、第１の変圧器４Ａへの入力を０として、ＤＣ／ＡＣ変換部の全出力を第２の変圧器４Ｂに入力するように、第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12を制御することにより、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が７５ｋＶＡないし２２５ｋＶＡの範囲にあるときに、第２の変圧器４Ｂの負荷率ｍを１５％ないし４５％として、変圧器装置を設定効率以上の効率で運転することができる。
【００５０】
またＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が２２５ｋＶＡ〜５００ｋＶＡの範囲にあるときには、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの全出力を第１の変圧器４Ａに入力するように第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12を制御して、第１の変圧器４Ａを負荷率４５％以上の範囲で運転することにより、変圧器装置を更に高い効率で運転することができる。ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が５００ｋＶＡを超えているときには、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力を第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂに等分に入力するように第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12を制御して、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂを負荷率５０％以上の範囲で運転することにより、両変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる。
【００５１】
第１の変圧器４Ａが図５の曲線ａのような効率対負荷率特性を有し、第２の変圧器４Ｂが図５の曲線ｂのような効率対負荷率特性を有している場合の入力配分の制御の仕方は、上記表１に示した例に限定されるものではなく、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力（太陽光発電部１の出力）の全変動範囲において、変圧器装置４を設定値以上の効率で運転するために、種々の態様で第１の変圧器及び第２の変圧器への入力配分の制御を行うことができる。例えば、下記の表２のように第１及び第２の変圧器への入力の配分を制御することによっても、変圧器装置４の効率を設定効率（今の例では９９．０％）以上に保って運転することができる。
【表２】
2015065719.tif 000004
【００５２】
即ち、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が０ｋＶＡないし２２５ｋＶＡの範囲にあるときに、第１の変圧器４Ａへの入力を０として、ＤＣ／ＡＣ変換部の全出力を第２の変圧器４Ｂに入力するように、第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12を制御することにより、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が７５ｋＶＡないし２２５ｋＶＡの範囲にあるときに、第２の変圧器４Ｂの負荷率ｍを１５％ないし４５％として、第２の変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる。また、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が２２５ｋＶＡ〜５００ｋＶＡの範囲にあるときには、第２の変圧器への入力を零とし、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの全出力を第１の変圧器４Ａに入力するように第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12を制御して、第１の変圧器４Ａを負荷率４５％以上の範囲で運転することにより、変圧器装置を更に高い効率で運転する。
【００５３】
またＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が５００ｋＶＡ〜５５０ｋＶＡの範囲にあるときには、第１の変圧器への入力を２７５ｋＶＡ（一定）としてその負荷率を５５％に保つことにより第１の変圧器を最大効率で運転し、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力の増大に伴って第２の変圧器４Ｂへの入力を２２５ｋＶＡから２７５ｋＶＡまで増大させて第２の変圧器を負荷率４５〜５５％の範囲で運転する。ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が５５０ｋＶＡを超える範囲では、第１の変圧器４Ａ及び４Ｂの双方の入力を２７５〜５００ｋＶＡの範囲で適宜に変化させることにより、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力の増大に対応する。
【００５４】
なおＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が５５０ｋＶＡを超える範囲（５５０〜１０００ｋＶＡの範囲）では、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂに等分に入力を与えるのではなく、より高い効率で運転することができる第１の変圧器により多くの電力を負担させるように、第１の変圧器４Ａへの入力と第２の変圧器４Ｂへの入力とを異ならせることが好ましい。例えば、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が７００ｋＶＡであるときには、第１の変圧器及び第２の変圧器に３５０ｋＶＡずつ入力するのではなく、第１の変圧器への入力を５００ｋＶＡとし、第２の変圧器への入力を２００ｋＶＡとするのが好ましい。
【００５５】
本実施形態において、第１及び第２の変圧器への入力の配分を更にきめ細かく制御するようにした制御の態様の一例を表３に示した。
【表３】
2015065719.tif 000005
【００５６】
この例では、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力が５００ｋＶＡを超える領域を、５００〜６５０ｋＶＡ、６５０〜７７５ｋＶＡ及び７７５〜１０００ｋＶの３つの領域に分けて、５００〜６５０ｋＶＡの領域では、第２の変圧器への入力を１５０ｋＶＡ（一定）として、その負荷率を、最大効率を与える負荷率３０％に保ち、第１の変圧器への入力を３５０〜５００ｋＶＡの範囲で変化させている。またＤＣ／ＡＣ変換部の出力が６５０〜７７５ｋＶＡの領域にあるときには、第２の変圧器への入力を２２５ｋＶＡ（一定）として、第１の変圧器への入力を４２５〜５００ｋＶＡの範囲で変化させ、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が７７５〜１０００ｋＶＡの領域にあるときには、第１の変圧器への入力を５００ｋＶＡに固定して、第２の変圧器への入力を２２５〜５００ｋＶＡの範囲で変化させるようにしている。その他の点は、表１又は表２に示した例と同様である。
【００５７】
上記のように、入力配分制御部２Ｂを、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第１の変圧器４Ａに入力される電力を調整する第１の入力調整部２B11と、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから第２の変圧器４Ｂに入力される電力を調整する第２の入力調整部２B12と、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力が設定出力（上記の例では７５ｋＶＡ）を超えているときに、第１及び第２の変圧器への入力の配分を、両変圧器の効率を設定効率以上に保つことができる配分とするようにＤＣ／ＡＣ変換部の出力に応じて第１の入力調整部及び第２の入力調整部を制御する入力制御部２B3とを備えた構成とする場合、入力制御部２B3は、マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより構成することができる。
【００５８】
この場合入力制御部２B3は、例えば、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力と、第１の変圧器４Ａへの入力と、第２の変圧器４Ｂへの入力との間の関係を与える３次元マップを記憶したマップ記憶手段と、出力検出部２B2により検出されたＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力に対してマップ記憶手段に記憶されたマップを検索することにより第１の変圧器４Ａへの入力及び第２の変圧器４Ｂへの入力を決定する変圧器入力決定手段と、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂへの入力を変圧器入力決定手段により決定された入力とするように第１の入力調整部２B11及び第２の入力調整部２B12に制御信号を与える制御信号供給手段とにより構成することができる。
【００５９】
図１及び図２に示した実施形態においては、連系保護装置５内に設けられている開閉器が第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂに対して共通に設けられていて、第１の変圧器及び第２の変圧器の出力が両変圧器に共通な開閉器を通して配電系統に供給される。このように構成した場合には、第１の変圧器及び第２の変圧器の内の一方の変圧器への入力を零として、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの全出力を第１の変圧器及び第２の変圧器の内の他方の変圧器に入力した場合に、入力が零とされた一方の変圧器の二次側に配電系統側又は入力が与えられている他方の変圧器側から電圧が印加されるため、入力が零とされた一方の変圧器で無用な励磁損失が生じる。このような問題が生じるのを防ぐためには、第１及び第２の変圧器と配電系統との間の回路を開閉する開閉器を第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂに対して個別に設けて、入力配分制御部２Ｂが、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂのうちの一方の変圧器への入力を零にしている間、該一方の変圧器に対して設けられた開閉器をオフ状態にするように連系保護装置を構成しておけばよい。
【００６０】
図３は、第１及び第２の変圧器と配電系統との間の回路を開閉する開閉器を第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂに対して個別に設けた実施形態を示したもので、本実施形態では、連系保護装置５に、第１の変圧器４Ａの出力及び第２の変圧器４Ｂの出力をそれぞれオンオフする第１の開閉器５Ａ及び第２の開閉器５Ｂと、パワーコンディショナ２に設けられた出力検出部２B2により検出されるＤＣ／ＡＣ変換部２Ａの出力と、入力制御部２B3による制御の状態とに応じて、第１の開閉器５Ａ及び第２の開閉器５Ｂを制御する開閉器制御部５Ｃとが設けられている。連系保護装置５には、開閉器５Ａ及び５Ｂに保護動作を行わせるために必要な保護継電器などが更に設けられるが、これらの図示は省略されている。
【００６１】
図３に示した実施形態において、開閉器制御部５Ｃは、太陽光発電部１が実質的に発電をしておらず、ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａが負荷を駆動し得る出力を発生していないときに開閉器５Ａ及び５Ｂを開き、ＤＣ／ＡＣ変換部が負荷を駆動し得る出力を発生したときに開閉器５Ａ及び５Ｂを閉じるように、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力に応じて、開閉器５Ａ及び５Ｂを制御するとともに、入力配分制御部２Ｂの入力制御部２B3が、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂのうちの一方の変圧器への入力を零にするように第１及び第２の入力調整部を制御している間、該一方の変圧器に対して設けられた開閉器をオフ状態にするように構成されている。ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａが負荷を駆動し得る出力を発生しているか否かの検出は、ＤＣ／ＡＣ変換部の出力電圧が設定された判定値以上であるか否かを判定することにより行うことができる。
【００６２】
上記の実施形態では、第１の変圧器４Ａ及び第２の変圧器４Ｂの容量が等しいとしたが、これらの変圧器は、並列運転が可能なものであればよく、それぞれの容量は異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  太陽光発電部
２  パワーコンディショナ
２Ａ  ＤＣ／ＡＣ変換部
２Ｂ  入力配分制御部
２B1  入力調整部
２B11 第１の入力調整部
２B12 第２の入力調整部
２B2  出力検出部
２B3 入力制御部
３  配電系統
４  変圧器装置
４Ａ  第１の変圧器
４Ｂ  第２の変圧器
５  連系保護装置
５Ａ  第１の開閉器
５Ｂ  第２の開閉器
５Ｃ  開閉器制御部
【図１】
2015065719.tif 000006
【図２】
2015065719.tif 000007
【図３】
2015065719.tif 000008
【図４】
2015065719.tif 000009
【図５】
2015065719.tif 000010